JP6294930B2 - 基板処理装置 - Google Patents

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Description

本発明は、基板処理装置に係り、更に詳しくは、基板の全面における工程均一度を向上させる基板処理装置に関する。
一般に、基板処理装置としては、１枚の基板に対して基板処理工程を行う枚葉式の基板処理装置と、複数枚の基板に対して基板処理工程を一括して行うバッチ式の基板処理装置と、が挙げられる。枚葉式の基板処理装置は、設備の構成が簡単であるというメリットがあるとはいえ、生産性に劣るため、量産可能なバッチ式の基板処理装置が広く用いられている。
基板処理装置は、上昇した温度において１枚又は複数枚の基板の処理工程を行う。多段に複数枚の基板を積載するバッチ式の基板処理装置の場合には、全ての基板に均一な処理工程が行われるように垂直に積層された基板を均一に加熱することが必須的である。従来の基板処理装置は、ヒータ部が反応チューブの外側から全体の領域を同じ加熱温度で加熱したため、上段部及び下段部の温度が周辺との温度差により中段部の温度よりも低くなるという問題があった。
このような問題を解消するために、ヒータ部を多段に分けて各段ごとに温度を制御する方法が用いられている。このような方法は、基板間のバラツキを解消することはできるが、各基板において基板の全面に対する均一度を向上させるのには難点がある。基板の全面における均一度を向上させるためには、ヒータ部の温度の制御が重要であるが、従来の基板処理装置は、ヒータ部が反応チューブの周縁を同じ加熱温度で加熱する方式を採用している。このような方式によれば、噴射ノズル領域の温度が工程ガス温度の影響により他の領域と異なってきて処理工程のバラツキが生じるおそれがある。一方、反応チューブの内部の温度が全領域に亘って同じである場合には、噴射ノズル領域のガス分圧が相対的に高いため、噴射ノズルに近い部分の基板処理が他の部分よりも盛んに行われてしまうという問題（例えば、噴射ノズルに近い部分の成長膜の膜厚が相対的に厚くなってしまうという問題）などが生じるおそれがある。
大韓民国公開特許公報第１０−２０１４−００９９２１０号
本発明は、上記従来技術に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、複数の垂直加熱部をそれぞれ別々に制御して基板の全面における工程均一度を向上させる基板処理装置を提供することにある。
上記目的を達成するためになされた本発明の一態様による基板処理装置は、基板が積載される基板ボートと、前記基板ボートに積載された基板の処理工程が行われる反応チューブと、前記反応チューブの一方の側に配設される噴射ノズルを介して前記反応チューブの内部に工程ガスを供給するガス供給部と、前記反応チューブの外部に前記反応チューブの周縁に沿って配設され、前記反応チューブの周縁に沿って分割して前記反応チューブをそれぞれ別々に加熱する複数の垂直加熱部により構成されるヒータ部と、前記ヒータ部を制御する制御部と、を備えることを特徴とする。
前記複数の垂直加熱部は、前記噴射ノズルに対応する個所に配設される第１の垂直加熱部と、前記第１の垂直加熱部から前記反応チューブの周縁に沿って延びて前記反応チューブの周縁のうちの少なくとも一部に配設される第２の垂直加熱部と、を備えていてもよい。
前記第１の垂直加熱部の水平断面積は、前記第２の垂直加熱部の水平断面積よりも小さくてもよい。
前記第１の垂直加熱部の温度は、前記第２の垂直加熱部の温度の９０〜１１０％であってもよい。
前記制御部は、前記第１の垂直加熱部と接続される第１の制御部と、前記第２の垂直加熱部と接続される第２の制御部と、を備え、前記第１の垂直加熱部及び前記第２の垂直加熱部をそれぞれ別々に制御してもよい。
前記第１の制御部は、前記第１の垂直加熱部の温度を測定する第１の測温部材を備え、前記第２の制御部は、前記第２の垂直加熱部の温度を測定する第２の測温部材と、前記反応チューブの内部温度を測定する第３の測温部材と、を備えていてもよい。
前記第１の制御部は、前記第１の測温部材の測定値を用いて前記第１の垂直加熱部を制御し、前記第２の制御部は、前記第２の測温部材の測定値及び前記第３の測温部材の測定値を互いに演算して前記第２の垂直加熱部を制御してもよい。
前記複数の垂直加熱部は、それぞれ別々に制御される複数の水平加熱要素が積層されて形成されてもよい。
本発明の一態様による基板処理装置は、前記基板ボートを回転させる回転駆動部を更に備えていてもよい。
本発明の一態様による基板処理装置は、前記噴射ノズルと対称になるように前記反応チューブの他方の側に配設されて前記反応チューブの残留ガスを排気する排気部を更に備え、前記複数の垂直加熱部は、前記排気部に対応する個所に前記第１の垂直加熱部と対称になるように配設される第３の垂直加熱部を更に備えていてもよい。
本発明の一実施形態による基板処理装置は、ヒータ部が複数の垂直加熱部により構成され、複数の垂直加熱部を用いて反応チューブの周縁を分割してそれぞれ別々に加熱することにより、基板の全面における工程均一度を向上させることができる。なお、本発明においては、ガス分圧が相対的に高く、しかも、工程ガス温度に影響される噴射ノズル領域を他の領域とは独立的に制御することにより、噴射ノズルに近い部分の基板処理が他の部分よりも盛んに行われてしまうという問題を解消することができ、基板の全面における工程均一度を向上させることができる。
また、本発明においては、回転駆動部を用いて基板を回転させることにより、工程ガスを基板の全面に均一に分布させることができ、基板の全面における温度の均一度を向上させて基板の全面における工程均一度をなお一層向上させることができる。
更に、噴射ノズル領域に配設される第１の垂直加熱部は、第１の垂直加熱部の温度のみを測定して制御し、その他の領域に配設される第２の垂直加熱部は、第２の垂直加熱部の温度及び反応チューブの内部温度を互いに演算して制御することにより、基板の部分別に工程率又は温度を効果的に制御することができ、基板の全面における工程均一度をなお一層向上させることができる。
本発明の一実施形態による基板処理装置を示す断面図である。 （ａ）、（ｂ）は、本発明の一実施形態による複数の垂直加熱部により構成されるヒータ部を示す図である。 （ａ）、（ｂ）は、本発明の一実施形態による複数の垂直加熱部及び制御部間の接続を説明するための概念図である。 本発明の変形例による複数の垂直加熱部を示す平面図である。
以下、添付図面に基づき、本発明の実施形態について詳細に説明する。しかしながら、本発明は以下に開示される実施形態に何ら限定されるものではなく、異なる様々な形態に具体化され、単にこれらの実施形態は本発明の開示を完全たるものにし、通常の知識を有する者に発明の範囲を完全に知らせるために提供されるものである。本発明の実施形態について説明するに当たって、同じ構成要素に対しては同じ参照符号を付し、図面は、本発明の実施形態について正確に説明するために大きさが部分的に誇張されており、図中、同じ符号は同じ構成要素を示す。
図１は、本発明の一実施形態による基板処理装置を示す断面図である。
図１を参照すると、本発明の一実施形態による基板処理装置１００は、基板１０が積載される基板ボート１１０と、前記基板ボート１１０に積載された基板１０の処理工程が行われる反応チューブ１２０と、前記反応チューブ１２０の一方の側に配設される噴射ノズル１３１を介して前記反応チューブ１２０の内部に工程ガスを供給するガス供給部１３０と、前記反応チューブ１２０の外部に前記反応チューブ１２０の周縁に沿って配設され、前記反応チューブ１２０の周縁に沿って分割して前記反応チューブ１２０をそれぞれ別々に加熱する複数の垂直加熱部１４１、１４２により構成されるヒータ部１４０と、前記ヒータ部１４０を制御する制御部１５０と、を備えていてもよい。
基板ボート１１０には、１枚の基板又は複数枚の基板が積載されてもよいが、複数枚の基板に対して基板処理工程を一括して行うバッチ式のものであってもよい。基板ボート１１０には、バッチ式で工程を行うために複数枚の基板１０が多段に（又は、上下方向に）積載されてもよく、積載又は処理工程のために降昇可能である。例えば、基板ボート１１０には、２２枚の基板１０を多段に積載することができるが、基板ボート１１０が下部チャンバ１６２の内部に設けられた積載空間（又は、積載位置）内に位置する間に、基板１０は、基板ボート１１０内に積載されてもよい。より具体的に、基板ボート１１０の１段に１枚の基板１０が積載されると、基板ボート１１０が上昇して基板１０が積載された段の下段に基板１０が積載されてもよい。基板ボート１１０内に複数枚の基板１０が全て積載されると、基板ボート１１０は、反応チューブ１２０の収容空間（又は、工程位置）に移動して反応チューブ１２０の収容空間において基板１０の処理工程が行われてもよい。
また、基板ボート１１０は、基板１０が積載される積載空間を仕切る複数枚の仕切りプレートを備えていてもよい。前記複数枚の仕切りプレートは、複数枚の基板１０がそれぞれ積載される別々の複数の積載空間を形成して複数枚の基板１０がそれぞれの積載空間においてそれぞれ別々に処理されるようにしてもよい。すなわち、基板ボート１１０は、上下方向に多段の積載空間を有し、各積載空間に１枚の基板１０が積載されてもよい。これにより、基板ボート１１０の各積載空間に基板１０の処理領域がそれぞれ別々に形成されて各基板１０に噴射された工程ガスが上部又は下部の基板にも影響を及ぼすことを防ぐことができる。一方、前記仕切りプレートの素材としては、セラミック、クォーツ、合成クォーツなどが使用可能である。
従来のバッチ式の基板処理装置は、単一の空間に複数枚の基板を垂直に積層して工程を行う。これにより、基板処理工程前の枚葉式工程やその他の工程若しくは搬送モジュールのエンドエフェクタから基板の下部面に付着したパーチクルが基板の搬入及び搬出若しくは工程の進行中に下部基板の膜質形成面に落下して成長膜の品質を阻害する要素として働いてきた。
しかしながら、本発明の基板処理装置１００は、前記複数枚の仕切りプレートを有する基板ボート１１０を用いて複数枚の基板１０をそれぞれ別々に引き離すことにより、基板１０の下部面に付着したパーチクルが下部基板の膜質形成面に落下することを防ぐことができ、これにより、成長膜の品質の低下を防ぐことができる。
また、従来のバッチ式の基板処理装置は、１本の工程ガス供給ラインを備えているため、反応チューブ内に供給される工程ガスの量のみを制御することができ、基板のそれぞれに供給される工程ガスの量をそれぞれ別々に制御することはできなかった。すなわち、各基板に供給される工程ガスの濃度を制御することができなかった。これにより、基板に形成される成長膜の膜厚を制御することができないため基板ごとに成長膜の膜厚が異なってしまうという問題が発生した。また、このような問題を解消するために、多段式のガス供給ノズル及びガス排出口を備えてそれぞれの基板にそれぞれ別々にガスを供給するシステムを備えていても、従来の基板ボートは、基板と基板との間が開放された構造であるため、基板ボート内の複数枚の基板に均一な基板処理を行うことができなかった。すなわち、たとえそれぞれの基板に対応するガス供給ノズル（又は、噴射ノズル）を介して所定の量の工程ガスを供給しても、工程ガスが対応する個所の基板だけではなく、上部又は下部に配設されている基板にも影響を与えてしまうため、基板ボート内の複数枚の基板に均一な基板処理を行うことができなかった。
しかしながら、本発明の基板ボート１１０は、基板１０と基板１０との間に前記仕切りプレートを設けて複数枚の基板１０をそれぞれ別々に引き離すことにより、各基板１０に噴射された工程ガスが上部又は下部の基板にも影響を与えてしまうことを防ぐことができ、これにより、それぞれの基板１０に同じ量の工程ガスを供給することができる。
更に、基板ボート１１０は、前記仕切りプレートを支持する連結バーを更に備えていてもよい。前記連結バーは複数形成されてもよく、前記複数枚の仕切りプレートが嵌合する複数の嵌合溝が形成されてもよい。ここで、それぞれの連結バーには、上下方向に複数の嵌合溝が形成されてもよく、前記複数枚の仕切りプレートを各嵌合溝に嵌合してもよい。この場合、前記仕切りプレートを各嵌合溝に嵌脱する簡単な方法を用いて各仕切りプレート間の間隔（又は、高さ）を手軽に調節することができる。
前記連結バーは、前記複数枚の仕切りプレートを互いに連結することができるが、前記複数枚の仕切りプレートを安定的に支持して基板１０の処理工程が行われる間に前記複数枚の仕切りプレートが傾かないようにし、それぞれの積載空間が変形されないようにする。なお、前記複数本の連結バーは、前記複数枚の仕切りプレートなどの基板ボート１１０の構成要素を一体形に結合する。
また、前記複数本の連結バーは、基板１０の搬入方向（又は、積載方向）に対して対称的に配置されてもよい。前記複数本の連結バーは、安定的に前記複数枚の仕切りプレート及び基板１０を支持するために対称的に配置されてもよい。前記連結バーが基板１０の搬入方向を遮ってしまうと、基板１０の積載（又は、搬入）に際して干渉を与えるだけではなく、積載できなくなる場合もあるため、基板１０の搬入方向に対して対称的に配置されてもよい。
ここで、前記複数本の連結バーは、チャンバ１８０の搬入口１８３に最も近い対称状の連結バー間の幅が基板１０の幅よりも広くても良い。たとえ前記複数本の連結バーが基板１０の搬入方向に対して対称的に配置されても、チャンバ１８０の搬入口１８３に最も近い対称状の連結バー間の幅が基板１０の幅よりも狭くなると、これもまた、基板１０の積載に干渉を与えて積載できなくなる。これにより、チャンバ１８０の搬入口１８３に最も近い対称状の連結バー間の幅が基板１０の幅に等しいか、或いは、それよりも広いことがある。連結バー間の幅及び基板１０の幅が等しければ、基板１０の積載に際して難点があるため、僅かな差を設けて広く形成してもよい。このとき、チャンバ１８０の搬入口１８３に最も近い対称状の連結バー間の幅が基板１０の幅よりも広くなるためには、チャンバ１８０の搬入口１８３に近い部分よりも遠い部分の方に複数本の連結バーが偏って配置されなければならない。この理由から、前記複数本の連結バーは、チャンバ１８０の搬入口１８３から遠い部分に偏って配置されてもよい。
このように、前記複数本の連結バーをチャンバ１８０の搬入口１８３に最も近い対称状の連結バー間の幅が基板１０の幅よりも広くなるように基板１０の搬入方向に対して対称的に配置すると、基板１０の積載に際して干渉を与えないため基板１０を積載し易く、前記複数本の連結バーが対称的に配置されて前記複数枚の仕切りプレート及び基板１０が安定的に支持可能になる。これに加えて、基板１０の搬入方向に工程ガスを供給する場合、工程ガスが干渉を受けずに排気部１７０に向かって流れるので、工程ガスの流れを円滑に維持することができ、これにより、基板１０の上に効果的に成長膜を形成することができる。
また、前記仕切りプレートにより仕切られた前記積載空間の高さは、各積載空間ごとに異なるが、工程条件に応じて高さが異なってくる。このとき、各仕切りプレート間の間隔は、前記連結バーに形成された複数の係合溝により手軽に調節することができる。各前記積載空間の高さに応じて前記工程ガスの流れが異なり、各前記積載空間における前記工程ガスの供給条件に応じて各前記積載空間の高さを調節することもできる。例えば、噴射ノズル１３１の直径が異なる場合、噴射ノズル１３１の直径が大きくなると、前記工程ガスが噴射される噴射角が広くなるため、隣り合う積載空間に影響を与えないために噴射ノズル１３１の直径に応じて各前記積載空間の高さが調節可能である。このとき、各前記積載空間の高さは、噴射ノズル１３１の直径に比例してもよい。
一方、前記工程ガスは、それぞれの前記積載空間（又は、処理位置など）に応じて原料ガス、エッチングガス、キャリアガス及びドーパントガスの割合（又は、濃度）が異なる場合がある。原料ガス、エッチングガス、キャリアガス及びドーパントガスの割合が異なると、前記工程ガスの流れにも差が出るため、原料ガス、エッチングガス、キャリアガス及びドーパントガスの割合に応じて前記工程ガスの流れを調節するために仕切りプレート１２１により仕切られた前記積載空間の高さを調節することができる。これにより、前記複数の積載空間は、それぞれの高さが異なっていてもよい。
反応チューブ１２０は、内部に基板ボート１１０が収容可能な収容空間が形成されてもよく、基板ボート１１０に積載された基板１０の処理工程が行われてもよい。反応チューブ１２０は、筒状に形成されてもよく、上部は閉鎖された状態で下部が開放されてもよい。この場合、基板ボート１１０が反応チューブ１２０の収容空間に配設されるか、或いは、反応チューブ１２０の収容空間から外れるために上下に降昇するとき、反応チューブ１２０の開口部を介して基板ボート１１０が反応チューブ１２０の収容空間に引っ込まれたり引き出されたりする。なお、反応チューブ１２０の下部は、外部チューブ（図示せず）又はチャンバ１８０の内壁と連結されて支持されるように反応チューブ１２０の周縁から外側に突き出て外部チューブ（図示せず）又はチャンバ１８０に連結される突出部を備えていてもよい。
また、反応チューブ１２０は、基板１０の処理工程が行われる基板処理領域を提供してもよい。基板ボート１１０は、工程位置に切り換えるときに基板処理領域に配設され、基板処理領域はその体積を減らすことができる。この場合、工程ガスの使用量が極力抑えられるだけではなく、工程ガスを基板ボート１１０内に積載された基板１０に集中させることができる。
一方、反応チューブ１２０は、セラミックやクォーツ又はメタルにセラミックをコーティングした材質であってもよい。なお、反応チューブ１２０は、その側壁の周縁に噴射ノズル１３１及び排気部１７０に対応するように貫通孔が形成されてもよく、噴射ノズル１３１が前記貫通孔に挿通されてもよい。
更に、反応チューブ１２０は、内部チューブ及び外部チューブにより構成されてもよい。内部チューブ及び外部チューブは筒状に形成されてもよく、上部が開放された下部チャンバ１８２の上側又は上部チャンバ１８１に配置されてもよく、外部チューブは上部チャンバ１８１と内部チューブとの間に配設されてもよい。前記内部チューブは、基板１０の処理工程が行われるように基板ボート１１０が収容可能な内部空間を有してもよく、前記外部チューブは、基板１０の処理工程が行われる前記内部チューブが収容可能な内部空間を有してもよい。また、前記内部チューブ及び前記外部チューブは、両方とも下部が開放されてもよい。このとき、前記外部チューブの内壁及び前記内部チューブの外壁は離れて前記外部チューブと前記内部チューブとの間に空間が形成されてもよい。しかしながら、前記外部チューブの構造及び形状はこれに何ら限定されるものではなく、種々に変更可能である。
ガス供給部１３０は、噴射ノズル１３１を介して反応チューブ１２０の内部に工程ガスを供給してもよいが、基板１０に原料ガス及びエッチングガスが含まれている工程ガスを提供してもよい。噴射ノズル１３１は、反応チューブ１２０の一方の側（又は、側面）に配設されてもよく、線形に形成された一つの噴射ノズルであってもよく、線形に配置された複数の噴射ノズルであってもよい。噴射ノズル１３１が線形に配置された複数の噴射ノズルである場合には、各基板１０が積載された積載空間ごとに噴射ノズル１３１が形成されてもよい。
また、線形に配置された複数の噴射ノズル１３１は、上下方向に配置されてもよく、ガス供給源（図示せず）から遠距離に配置されるほど直径を大きく形成してもよい。例えば、単一のガス供給ラインにより前記工程ガスが下部から上部に供給される場合、上側に配設された噴射ノズル１３１ａの直径が下側に配設された噴射ノズル１３１ｂの直径よりも大きく形成されてもよい。
より具体的に、ガス供給源に近い噴射ノズル１３１ｂの場合には、前記工程ガスが近い個所から供給されて前記工程ガスが流入され易い。これに対し、ガス供給源から遠距離に配置される噴射ノズル１３１ａの場合には、前記工程ガスが遠距離から供給されて近い個所の噴射ノズル１３１ｂよりも前記工程ガスが供給され難い。これにより、単一のガス供給ラインにより前記工程ガスが供給されて複数の噴射ノズル１３１により分配される場合には、前記ガス供給源に近い下側の噴射ノズル１３１ｂ及び前記ガス供給源から遠距離に配置される上側の噴射ノズル１３１ａから噴射される前記工程ガスの量が異なってくるおそれがある。このため、前記ガス供給源に近い個所の噴射ノズル１３１ｂは、直径を小さくして前記工程ガスが噴射可能な量を減らし、前記ガス供給源から遠距離に配設された噴射ノズル１３１ａは、直径を大きくして前記工程ガスが噴射可能な量を増やしてもよい。すなわち、前記ガス供給源に近い個所の噴射ノズル１３１ｂ及び前記ガス供給部から遠距離に配置される噴射ノズル１３１ａが均一な量の前記工程ガスを供給するように噴射ノズル１３１の直径を調節してもよい。これにより、各層の基板１０に均一な量の前記工程ガスが供給されて工程の効率が向上する。
更に、ガス供給部１３０は、前記工程ガスを加熱して提供してもよい。この場合、前記工程ガスの低い温度により噴射ノズル１３１の領域の温度が他の領域のそれよりも低くなるという問題を解消することができ、より細かく基板１０の処理空間における工程条件を調節するためには、ヒータ部１４０を用いた反応チューブ１２０の加熱が必要である。
本発明の一実施形態による基板処理装置１００は、選択的エピタクシャル成長（ＳｅｌｅｃｔｉｖｅＥｐｉｔａｘｉａｌ Ｇｒｏｗｔｈ；ＳＥＧ）装備であってもよい。選択的エピタクシャル成長（ＳＥＧ）装備は、原料ガスに少量のエッチングガスを混合して供給することにより、基板の上において蒸着反応とともにエッチング反応も伴われる。このような蒸着及びエッチング反応は、多結晶層及びエピタクシャル層に対して比較的に異なる反応速度にて同時に発生する。蒸着プロセスのうちの少なくとも一つの第２の層の上に既存の多結晶層又は非結晶層が蒸着される間に、エピタクシャル層は単結晶表面の上に形成されるが、蒸着される結晶層は、一般的なエピタクシャル層よりも高い速度にてエッチングされる。このため、エッチングガスの濃度を変化させることにより、ネット選択的なプロセスがエピタクシ材料の蒸着及び制限若しくは非制限の多結晶材料の蒸着をもたらす。例えば、選択的エピタクシャル成長（ＳＥＧ）装備は、蒸着物がスペーサの上に残留しないつつも単結晶シリコン表面の上にシリコン含有材料のエピ層を形成してもよい。
本発明の一実施形態による基板処理装置１００は、基板１０の上にエピタクシャル層を形成してもよい。一般に、基板処理設備においては、搬送工程、洗浄工程及びエピタクシャル工程が行われるが、エピタクシャル工程は洗浄工程に比べて長い時間を必要とするため、複数の基板処理装置１００を用いて製造の歩留まり率を向上させてもよい。基板処理装置１００は、エピタクシャル工程を行ってもよいが、エピタクシャル工程を行うときに全ての処理空間に工程ガスが供給されてもよい。前記工程ガスは、原料ガス（例えば、シリコンガス）、エッチングガス、ドーパントガス及びキャリアガスのうちの少なくとも一種を含んでいてもよく、基板１０上の成長膜の膜厚を制御するために様々な割合にてガスが混合されて供給されてもよい。これらのガスは分子量が異なるため、割合に応じて工程ガスの流動が異なってくることがある。このため、エピタクシャル工程においては、工程ガスの流れ（又は、フロー）が基板１０上の成長膜の膜厚及び組成を決定する重要な要因になる。
エピタクシャル工程は、化学気相蒸着により行われてもよく、エピタクシ表面の上にエピタクシャル層を形成してもよい。例えば、基板１０上のエピタクシ表面は、シリコンガス（例えば、ＳｉＣｌ４、ＳｉＨＣｌ３、ＳｉＨ２Ｃｌ２、ＳｉＨ３Ｃｌ、Ｓｉ２Ｈ６又はＳｉＨ４）及びキャリアガス（例えば、Ｎ２又はＨ２）を含む工程ガスに露出されてもよい。また、エピタクシャル層にドーパントを含むことが求められる場合、シリコンガスは、ドーパントガス（例えば、ＡｓＨ３、ＰＨ３又はＢ２Ｈ６）を更に含んでいてもよい。
また、ガス供給部１３０は、噴射ノズル１３１を介して複数枚の基板１０に原料ガス及びエッチングガスを含む工程ガスを供給してもよい。前記工程ガスは、原料ガス（例えば、ＳｉＣｌ４、ＳｉＨＣｌ３、ＳｉＨ２Ｃｌ２、ＳｉＨ３Ｃｌ、Ｓｉ２Ｈ６、ＳｉＨ４などのシリコンガス）及びエッチングガスを含んでいてもよい。原料ガス（又は、シリコンガス）としては、モノシラン（ＳｉＨ４）、ジクロロシラン（ＤｉｃｈｌｏｒｏＳｉｌａｎｅ；ＤＣＳ、ＳｉＨ２Ｃｌ２）などが使用可能であり、エッチングガスとしては、塩化水素（ＨＣｌ）が使用可能である。前記工程ガスには、キャリアガスが更に含まれていてもよい。キャリアガスは、原料ガス又はエッチングガスの濃度を希釈させ、キャリアガスとしては、窒素（Ｎ２）及び水素（Ｈ２）のうちの少なくとも一種が使用可能である。このため、キャリアガスの供給量を制御して原料ガス又はエッチングガスの濃度を制御してもよく、原料ガス、エッチングガス及びキャリアガスは分子量が互いに異なるため混合され易い。しかしながら、工程ガスはこれに何ら限定されるものではなく、ドーパントガスなど様々なガスを更に含んでいてもよい。選択的エピタクシャル成長工程は、蒸着反応及びエッチング反応を伴う。エピタクシャル層がドーパントを含むことが求められる場合には、ドーパントガス（例えば、ＡｓＨ３、ＰＨ３又はＢ２Ｈ６）が含まれていてもよい。一方、塩化水素（ＨＣｌ）を含むエッチングガスは、エッチングだけではなく、洗浄にも使用可能である。
一方、ガス供給部１３０は、各基板１０の積載空間ごとに形成された複数の補助ノズル（図示せず）を更に備えていてもよい。複数の補助ノズル（図示せず）は、基板処理工程において補助的なガスを各基板１０に供給してもよく、前記工程ガスとは異なるガスを供給してもよい。前記複数の補助ノズルは、ドーパントガス、キャリアガス、エッチングガスのうちの少なくとも一種を供給してもよい。ドーパントガスは原料ガス（例えば、シリコンガス）と混合されて基板１０の上に成長膜を蒸着してもよく、キャリアガスは、原料ガス又はエッチングガスの濃度を希釈させてもよい。このため、基板１０が処理されるそれぞれの前記積載空間内のドーパントガスの濃度を制御すると、成長膜（例えば、シリコン薄膜）のドーピング濃度をそれぞれ別々に制御することができる。また、それぞれの前記積載空間に供給されるキャリアガスの供給量を制御すると、原料ガス又はエッチングガスの濃度をそれぞれの前記積載空間ごとにそれぞれ別々に制御することができる。このため、複数の補助ノズルを用いて、且つ、ドーパントガス、キャリアガス、エッチングガスを選択的に用いて各前記積載空間別の基板処理工程を選択することができる。すなわち、複数の補助ノズルを用いてエッチングガスのみを供給する場合には、前記積載空間内のエッチングガスの混合率が高くなって基板１０に対する選択的エピタクシャル成長が可能になるようにエッチング工程を行うことができる。更に、ドーパントガスのみを供給する場合には、前記積載空間内のドーパントガスの混合率が高くなり、原料ガス及びドーパントガスが混合されて基板１０の上に成長膜を形成することができる。加えて、ガス供給源との距離差によりそれぞれの前記積載空間ごとに差が出る前記工程ガスを各前記積載空間において同じ成分及び分子量を有するように制御してもよい。
選択的エピタクシャル成長について具体的に説明すると、エッチングガスのみを供給するか、或いは、エッチングガス及びキャリアガスのみを供給する場合、前記工程ガス及び複数の補助ノズルにより供給されたガスが混合されて前記積載空間内のエッチングガスの割合が増える。これにより、基板１０の成長膜の形成が遅い部分においては成長膜が成長する前にエッチングガスにより除去され、基板１０の成長膜の形成が速い部分においては成長膜がエッチングガスにより除去される前に蒸着されて成長膜が成長するおそれがある。このように、複数の補助ノズルを用いてエッチングガスの濃度を制御して選択的エピタクシャル工程を行うことができる。
ここで、複数の補助ノズルを用いたガスの供給を中断すると、噴射ノズル１３１による工程ガスの供給により前記積載空間内の基板１０の上に成長膜（例えば、シリコン薄膜）が形成されてもよい。また、それぞれの補助ノズルには、異なるガス供給ラインによりガスが供給されてもよい。これにより、それぞれの前記積載空間ごとにドーパントガス、キャリアガス、エッチングガスを選択的に供給することができる。更に、複数の補助ノズルは、基板ボート１１０の各積載空間ごとにガスを別途に供給するために高さが異なるように形成されてもよい。例えば、下側の積載空間と接する補助ノズルは高さが低く形成されてもよく、上側の積載空間と接する補助ノズルは高く形成されてもよい。一方、複数の補助ノズルは、反応チューブ１２０の周縁に沿って螺旋状に配置されてもよく、この場合、高さが最も低い補助ノズルから高さが最も高い補助ノズルまで順次に複数の補助ノズルが配置されてもよい。これにより、高さが異なる複数の補助ノズルが不規則的に配置されるとき、空間の効率が更に向上する。
バッチ式の基板処理装置は、複数枚の基板を垂直に積載して工程を行うが、上昇した温度において複数枚の基板の処理工程が行われてもよい。この場合、全ての基板に均一な処理工程が行えるように垂直に積層された基板を均一に加熱することが必要であり、工程ガスが各基板の側方向から噴射されるため、基板の全面（又は、基板の全体面）における均一度を向上させる方法が求められる。従来の基板処理装置は、ヒータ部が反応チューブの外側から全体の領域を同じ加熱温度で加熱したため、上段部及び下段部の温度が周りとの温度差により中断部の温度よりも低くなって基板の間に均一な処理工程が行えなかった。なお、反応チューブの周縁が同じ加熱温度で加熱されるため、各基板においてガス分圧が相対的に高いつつも、工程ガス温度に影響される噴射ノズル領域と他の領域との間に基板処理の差が発生するという問題があった。
ヒータ部１４０は、チャンバ１８０の内部に配設されてもよく、反応チューブ１２０の外側に反応チューブ１２０の周縁に沿って配設されて反応チューブ１２０の側面の周縁及び上部を取り囲むように配置されてもよい。ヒータ部１４０は、反応チューブ１２０に熱エネルギーを提供して反応チューブ１２０の内部空間を加熱する役割を果たしてもよい。ヒータ部１４０は、抵抗ヒータを備えていてもよく、反応チューブ１２０の内部空間の温度をエピタクシャル工程が行えるような温度に調節してもよい。
例えば、温度が高過ぎると、蒸着物質が基板１０に吸着され易く、温度が低過ぎると、工程ガスの反応が起こらないおそれがあるため、成長膜が基板１０に成長しないおそれがある。このため、反応チューブ１２０の内部空間の温度をエピタクシャル工程が行えるような温度に調節することができる。また、温度に応じて成長速度が速くなるが、温度が高くなればなるほど蒸着物質の蒸着率が向上して成長速度が速くなる。これにより、基板１０の処理温度を調節して成長膜の成長速度を調節してもよい。ここで、基板１０の部分別（又は、領域別）に温度が異なってくると、基板１０の部分ごとに成長膜の成長速度差が発生し、基板１０に成長される成長膜の膜厚が不均一になる。なお、基板１０の部分別に温度が異なってくると、他の基板１０の処理工程においても基板１０の処理のバラツキが発生するおそれがある。
また、ヒータ部１４０は、反応チューブ１２０の周縁を分割して反応チューブ１２０をそれぞれ別々に加熱する複数の垂直加熱部１４１、１４２により構成されてもよい。ヒータ部１４０が複数の垂直加熱部１４１、１４２により構成されると、複数の垂直加熱部１４１、１４２を用いて反応チューブ１２０の周縁に沿って分割してそれぞれ別々に加熱することから、各基板の部分別に工程温度（又は、工程率）を調節することができ、その結果、基板１０全面における工程均一度を向上させることができる。ここで、複数の垂直加熱部１４１、１４２は、垂直レベルに沿って均一な加熱が行われる。
図２は、本発明の一実施形態による複数の垂直加熱部により構成されたヒータ部を示す図であり、図２（ａ）は、複数の垂直加熱部により構成されたヒータ部を示す斜視図であり、図２（ｂ）は、複数の垂直加熱部により構成されたヒータ部を示す平面図及び側断面図である。
図１及び図２を参照すると、複数の垂直加熱部１４１、１４２は、噴射ノズル１３１に対応する個所に配設される第１の垂直加熱部１４１と、第１の垂直加熱部１４１から反応チューブ１２０の周縁に沿って延びて反応チューブ１２０の周縁のうちの少なくとも一部に配設される第２の垂直加熱部１４２と、を備えていてもよい。
第１の垂直加熱部１４１は、反応チューブ１２０の周縁のうちの一部を構成してもよいが、噴射ノズル１３１の領域（又は、噴射ノズルに対応する位置）に配設されてもよい。噴射ノズル１３１の領域は、ガス分圧が他の領域よりも相対的に高いため、他の部分と同じ加熱温度で加熱すると、噴射ノズル１３１に近い部分の基板１０の処理が他の部分よりも盛んに行われてしまう。噴射ノズル１３１領域の加熱温度を他の領域よりも下げると、基板の全面（又は、基板の全体面）において均一な基板１０の処理を行うことができる。また、噴射ノズル１３１の領域は、供給される前記工程ガスの温度により他の領域よりも温度が低くなったり高くなったりする。このとき、噴射ノズル１３１領域の温度に合わせて加熱温度を高めたり低めたりすることにより、反応チューブ１２０の内部温度を全体の領域において均一に制御することができ、基板１０の全面における均一度を向上させることができる。
第２の垂直加熱部１４２は、第１の垂直加熱部１４１から反応チューブ１２０の周縁に沿って延びて形成されてもよい、反応チューブ１２０の周縁のうちの一部を構成してもよく、第１の垂直加熱部１４１とは異なる個所に配設されてもよい。ここで、第２の垂直加熱部１４２は、第１の垂直加熱部１４１の一方の側から延びて第１の垂直加熱部１４１の他方の側につながることにより、閉曲線（例えば、筒状）を形成してもよく、第１の垂直加熱部１４１だけではなく、他の垂直加熱部（例えば、第３の垂直加熱部など）とともに閉曲線を形成してもよい。第２の垂直加熱部１４２は、第１の垂直加熱部１４１以外の他の領域を加熱してもよいが、噴射ノズル１３１領域を除く他の領域の温度を均一にできる。
第１の垂直加熱部１４１の水平断面積は、第２の垂直加熱部１４２の水平断面積よりも小さくてもよい。第１の垂直加熱部１４１は、噴射ノズル１３１の領域にのみ配設されるため、その水平断面積が第２の垂直加熱部１４２の水平断面積よりも小さくてもよい。噴射ノズル１３１は、排気部１７０とともに層流を形成しなければならないため、狭い領域を占めてもよく、第２の垂直加熱部１４２が噴射ノズル１３１領域を除く残りの領域に配設されてもよい。これにより、第２の垂直加熱部１４２が主ヒータであり、反応チューブ１２０の内部の全般的な温度を制御してもよく、第１の垂直加熱部１４１が補助的に局部的な噴射ノズル１３１領域の温度を制御してもよい。ここで、層流は、水平方向を維持する平均化された均一な流れであり、バッチ式の基板処理装置は、工程ガスを基板１０の側方向に供給するため、基板１０の全面において均一な基板１０の処理を施すためには、層流を用いなければならない。
また、第１の垂直加熱部１４１の温度は、第２の垂直加熱部１４２の温度の９０〜１１０％であってもよい。ヒータ部１４０は、第２の垂直加熱部１４２を主ヒータとして用いてもよく、第１の垂直加熱部１４１を局部的に温度を細かく調整（又は、チューニング）する補助ヒータとして用いてもよい。これにより、第２の垂直加熱部１４２を用いて反応チューブ１２０の内部空間の温度をエピタクシャル工程が行えるような温度に調節可能であり、第１の垂直加熱部１４１を用いて反応チューブ１２０の内部の温度が全体の領域において均一に且つ細かく調整可能である。ここで、第２の垂直加熱部１４２は、反応チューブ１２０の内部空間の温度を全般的に調節する主ヒータであるため、第２の垂直加熱部１４２の温度を基準（又は、１００％）として第１の垂直加熱部１４１の温度を調節してもよい。
第１の垂直加熱部１４１の温度は、第２の垂直加熱部１４２の温度の９０〜１１０％に調節してもよい。第１の垂直加熱部１４１の温度及び第２の垂直加熱部１４２の温度が１０％（又は、±１０％）を超えて相違すると、第１の垂直加熱部１４１及び第２の垂直加熱部１４２間の加熱温度差に起因して反応チューブ１２０の加熱が均一に行われず、その結果、反応チューブ１２０に温度差が発生して反応チューブ１２０が損傷又は変形されるおそれがある。例えば、反応チューブ１２０がクォーツ製である場合、反応チューブ１２０が割れるおそれがある。
一方、複数の垂直加熱部１４１、１４２は、それぞれ別々に制御される複数の水平加熱要素１４１ａ、１４２ａが積層されて形成されてもよい。バッチ式の基板処理装置において垂直加熱部１４１又は１４２が反応チューブ１２０の垂直レベルを同じ加熱温度で加熱すると、上段部及び下段部の温度が周りとの温度差により中段部の温度よりも低くなり、基板１０の間に均一な処理工程が行えなくなる。また、各基板１０の処理空間ごとに工程条件を調節するためにも高さによる位置別に温度を制御する必要がある。このため、本発明においては、それぞれ別々に制御される複数の水平加熱要素１４１ａ、１４２ａを積層して各垂直加熱部１４１又は１４２を形成することにより、周りとの温度差が発生する上段部及び下段部を他の部分とは異なる温度（例えば、より高い温度）に加熱して垂直レベルに沿って反応チューブ１２０に均一な加熱を行ってもよい。これにより、反応チューブ１２０の内部温度を全体の領域において均一にでき、高さによる位置別に各基板１０の処理空間ごとに工程条件を調節することができる。
制御部１５０は、ヒータ部１４０を制御してもよいが、ヒータ部１４０と連結されて複数の垂直加熱部１４１、１４２をそれぞれ別々に制御してもよい。これにより、制御部１５０により複数の垂直加熱部１４１、１４２がそれぞれ別々に制御されることにより、複数の垂直加熱部１４１、１４２が反応チューブ１２０の周縁を分割してそれぞれ別々に反応チューブ１２０を加熱することができる。
図３は、本発明の一実施形態による複数の垂直加熱部及び制御部間の連結を説明するための概念図であり、図３（ａ）は、複数の垂直加熱部及び制御部間の連結関係を示す図であり、図３（ｂ）は、複数の垂直加熱部及び制御部の配置位置を示す図である。
図１及び図３を参照すると、制御部１５０は、第１の垂直加熱部１４１と連結される第１の制御部１５１と、第２の垂直加熱部１４２と連結される第２の制御部１５２と、を備えていてもよく、第１の垂直加熱部１４１及び第２の垂直加熱部１４２をそれぞれ別々に制御してもよい。
第１の制御部１５１は、第１の垂直加熱部１４１と連結されて第１の垂直加熱部１４１の加熱を制御してもよい。第１の垂直加熱部１４１が複数の水平加熱要素１４１ａ、１４１ｂ、１４１ｃ、１４１ｄにより構成される場合には、複数の水平加熱要素１４１ａ、１４１ｂ、１４１ｃ、１４１ｄとそれぞれ連結されて第１の垂直加熱部１４１を制御してもよい。
また、第１の制御部１５１は、第１の垂直加熱部１４１の温度を測定する第１の測温部材１５４を備えていてもよい。第１の測温部材１５４は、第１の垂直加熱部１４１に連結されて第１の垂直加熱部１４１の温度を測定してもよい。第１の測温部材１５４は、スパイク熱電対であってもよい。この場合、第１の垂直加熱部１４１に接触されるか、或いは、第１の垂直加熱部１４１と反応チューブ１２０との間に配設されて第１の垂直加熱部１４１の周りの反応チューブ１２０の外部の温度（又は、大気温度）を測定してもよい。
例えば、第１の測温部材１５４を用いて第１の垂直加熱部１４１と反応チューブ１２０との間の温度を測定して第１の垂直加熱部１４１の熱が反応チューブ１２０の内部に上手に伝わるかを判断してもよい。第１の垂直加熱部１４１の熱が反応チューブ１２０の内部（すなわち、噴射ノズルの領域）に上手に伝わらなければ（又は、第１の垂直加熱部と反応チューブとの間の温度が基準温度よりも低ければ）、第１の垂直加熱部１４１の加熱温度を上げてもよい。また、第１の垂直加熱部１４１の熱が反応チューブ１２０の内部に上手に伝わると（又は、第１の垂直加熱部と反応チューブとの間の温度が基準温度よりも高ければ）、第１の垂直加熱部１４１の加熱温度を下げてもよい。
ここで、スパイク熱電対は、垂直加熱部１４１又は１４２に形成された孔を貫通して反応チューブ１２０（例えば、前記外部チューブ）から所定の間隔だけ離れるように取り付けられてもよく、高さによる反応チューブ１２０の外部の温度を確認（又は、感知）するために所定の高さの間隔を隔てて多数の孔を形成して前記孔に多数がそれぞれ取り付けられてもよい。前記スパイク熱電対は、熱電対素線を備えていてもよい。熱電対素線は、前記孔を貫通して反応チューブ１２０と隣り合うように嵌入されてもよく、種類が異なる金属線２本の両先端を接続して製作したものであるため、この両先端の接点に温度差が発生するとき、この閉回路に熱起電力が発生して回路に電流が流れる。前記熱起電力の大きさ及び極性は、両端の温度及び２本の金属線の組み合わせにより決定され、金属線の太さ又は長さに影響されない。このため、特定の熱電対の温度による熱起電力を予め読み取ることができるので、前記スパイク熱電対を用いて測温可能である。
温度を測定するための熱接点の種類としては、先端露出型、接地型及び非接地型が挙げられる。先端露出型は、前記熱電対素線を露出させて熱接点を設けたタイプのものであり、応答速度が最も早く、僅かな温度の変化にも敏感である。接地型は、前記熱電対素線を接地して熱接点を設けたタイプのものであり、応答速度が早く、高温高圧下の測温に向いている。非接地型は、前記熱電対素線を絶縁して熱接点を設けたタイプのものであり、熱起電力の小変化が少さく、比較的に長時間使用可能であり、雑音、電圧にも影響を与えずに使用可能である。
第２の制御部１５２は、第２の垂直加熱部１４２と連結されて第２の垂直加熱部１４２の加熱を制御してもよい。第２の垂直加熱部１４２が複数の水平加熱要素１４２ａ、１４２ｂ、１４２ｃ、１４２ｄにより構成される場合には、複数の水平加熱要素１４２ａ、１４２ｂ、１４２ｃ、１４２ｄとそれぞれ連結されて第２の垂直加熱部１４２を制御してもよい。
また、第２の制御部１５２は、第２の垂直加熱部１４２の温度を測定する第２の測温部材１５５と、反応チューブ１２０の内部温度を測定する第３の測温部材１５６と、を備えていてもよい。第２の測温部材１５５は、第２の垂直加熱部１４２に連結されて第２の垂直加熱部１４２の温度を測定してもよい。第２の測温部材１５５は、スパイク熱電対であってもよい。この場合、第２の垂直加熱部１４２に接触されるか、或いは、第２の垂直加熱部１４２と反応チューブ１２０との間に配設されて第２の垂直加熱部１４２の周りの反応チューブ１２０の外部の温度（又は、大気温度）を測定してもよい。
第３の測温部材１５６は、反応チューブ１２０の内部温度を測定してもよい。ここで、第３の測温部材１５６は、反応チューブ１２０の近くに配設されて反応チューブ１２０の内部温度を測定してもよく、第３の測温部材１５６の測定値は、基板１０の温度を確認可能な基板１０に近い周辺温度であってもよい。また、第３の測温部材１５６は、プロファイル熱電対であってもよい。この場合、噴射ノズル１３１領域以外の領域に配設されて真空状態である反応チューブ１２０（例えば、前記外部チューブ）の内部の温度を測定することにより、反応チューブ１２０の内部において行われる工程が正常的な温度条件下で行われるか否かを確認することができる。
ここで、プロファイル熱電対は、反応チューブ１２０の内部チューブと反応チューブ１２０の外部チューブとの間に設けられてもよく、反応チューブ１２０の内部に配設されて反応チューブ１２０の内部において工程が行われる実際の温度を測定（又は、確認）してもよい。
また、第１の制御部１５１は、第１の測温部材１５４の測定値を用いて第１の垂直加熱部１４１を制御してもよく、第２の制御部１５２は、第２の測温部材１５５の測定値及び第３の測温部材１５６の測定値を互いに演算して第２の垂直加熱部１４２を制御してもよい。
第１の制御部１５１は、第１の測温部材１５４の測定値を入力される第１の入力部１２及び第１の入力部１２から入力された第１の測温部材１５４の測定値に基づいて第１の垂直加熱部１４１の加熱温度を制御する温度制御部１３を備えていてもよい。第１の入力部１２は、第１の測温部材１５４と連結されてもよく、第１の測温部材１５４の測定値を入力されてもよい。また、第１の入力部１２は、第１の測温部材１５４から入力された測定値を温度制御部１３に渡してもよい。
温度制御部１３は、第１の入力部１２から入力された第１の測温部材１５４の測定値に基づいて第１の垂直加熱部１４１の加熱温度を制御してもよい。このとき、第１の測温部材１５４の測定値が工程が行われる正常的な温度条件よりも低ければ、第１の垂直加熱部１４１の加熱温度を上げてもよい。なお、第１の測温部材１５４の測定値が工程が行われる正常的な温度条件よりも高ければ、第１の垂直加熱部１４１の加熱温度を下げてもよい。
一方、第１の制御部１５１は、第３の測温部材１５６のように、反応チューブ１２０の内部温度を測定する測温部材に連結されて測定値を入力されて出力する温度出力部１１を更に備えていてもよい。ここで、温度出力部１１の出力値は、単に参照のために用いられてもよく、第１の垂直加熱部１４１の制御のためのデータとしては用いられない。また、温度出力部１１は、第３の測温部材１５６に連結されてもよく、第３の測温部材１５６と同じ種類である別途の測温部材（図示せず）に連結されてもよい。
第２の制御部１５２は、第２の測温部材１５５の測定値を入力される第２の入力部２２、第３の測温部材１５６の測定値を入力される第３の入力部２１及び第２の入力部２２から入力された第２の測温部材１５５の測定値及び第３の入力部２１から入力された第３の測温部材１５６の測定値を互いに演算して第２の垂直加熱部１４２の加熱温度を制御する演算制御部２３を備えていてもよい。第２の入力部２２は、第２の測温部材１５５と連結されてもよく、第２の測温部材１５５の測定値を入力されてもよい。なお、第２の入力部２２は、第２の測温部材１５５から入力された測定値を演算制御部２３に渡してもよい。
第３の入力部２１は、第３の測温部材１５６と連結されてもよく、第３の測温部材１５６の測定値を入力されてもよい。また、第３の入力部２１は、第３の測温部材１５６から入力された測定値を演算制御部２３に渡してもよい。
演算制御部２３は、第２の入力部２２及び第３の入力部２１からそれぞれ第２の測温部材１５５の測定値及び第３の測温部材１５６の測定値を受け取って第２の測温部材１５５の測定値及び第３の測温部材１５６の測定値を互いに演算してもよく、このような相互演算により第２の垂直加熱部１４２の加熱温度を制御してもよい。
このため、第２の制御部１５２は、第２の入力部２２、第３の入力部２１及び演算制御部２３を互いに連結してカスケード制御を行ってもよく、これにより、第２の測温部材１５５の測定値及び第３の測温部材１５６の測定値間の相互演算を用いて第２の測温部材１５５の測定値データ及び第３の測温部材１５６の測定値データを併合することができる。これにより、第２の垂直加熱部１４２が主ヒータとして性能を維持しながら反応チューブ１２０の内部の全般的な温度を制御するようにより効果的に第２の垂直加熱部１４２を制御することができる。ここで、前記相互演算は、第２の測温部材１５５の測定値及び第３の測温部材１５６の測定値が互いに作用した中間値又は平均値であってもよく、第２の測温部材１５５の測定値及び第３の測温部材１５６の測定値を加算して測定値の数（例えば、２）で割った値であってもよい。
一方、第１の制御部１５１は、第１の垂直加熱部１４１の温度（又は、第１の測温部材の測定値）のみを用いて第１の垂直加熱部１４１の加熱温度を制御してもよい。第２の垂直加熱部１４２の温度（又は、第３の測温部材の値又は別途の測温部材の測定値）をも用いると、他の領域と温度差が出る局部的な領域を加熱する第１の垂直加熱部１４１を制御する上で、対流により安定化した反応チューブ１２０の内部温度が反映される。これにより、第２の垂直加熱部１４２の加熱効果が第１の垂直加熱部１４１の制御に反映され、局部的な領域の温度を変化させる第１の垂直加熱部１４１の制御に難点が生じる。すなわち、第１の垂直加熱部１４１及び第２の垂直加熱部１４２がそれぞれ別々に反応チューブ１２０を加熱するが、第１の垂直加熱部１４１及び第２の垂直加熱部１４２が同様に制御されて局部的な領域の温度とは無関係にほぼ同じ温度に加熱する。
このように、本発明においては、第１の垂直加熱部１４１を制御する第１の制御部１５１及び第２の垂直加熱部１４２を制御する第２の制御部１５２の制御方法が異なっていてもよい。これにより、局部的な領域の温度差を第１の垂直加熱部１４１及び第２の垂直加熱部１４２の効果的な制御により解消することができて、局部的な領域の温度差による板１０処理のバラツキを防ぐことができ、基板１０の全面における工程均一度を向上させることができる。
本発明による基板処理装置１００は、基板ボート１１０を回転させる回転駆動部１６０を更に備えていてもよい。回転駆動部１６０は、基板ボート１１０を回転させるように基板ボート１１０の下部に配設されてもよいが、基板ボート１１０の上下方向の中心軸を基準として基板ボート１１０を回転させてもよい。これにより、基板ボート１１０に積載された基板１０も回転可能になる。基板１０の処理工程が行われるとき、反応チューブ１２０の一方の側に供給された前記工程ガスが基板ボート１１０に積載された基板１０を通過して反応チューブ１２０の他方の側に排出される。ここで、回転駆動部１６０の作動により基板ボート１１０が回転すると、基板ボート１１０を通過しようとするガスが混合可能であり、基板ボート１１０の回転による基板１０の回転により基板１０における噴射ノズル１３１に近い部分が変わることがあるため、基板１０上の全体の領域に均一に前記工程ガスが分布される。
また、反応チューブ１２０の内部温度が対流により全体の領域において安定化可能である。これにより、基板１０の全面（又は、全体面）において均一な温度で処理工程が行われる。
このため、基板１０上の全体の領域に均一に前記工程ガスが分布され、基板１０の全面において均一な温度で処理工程が行われて基板１０の全面における工程均一度が向上し、基板１０の上に蒸着される成長膜の品質が向上する。
本発明による基板処理装置１００は、噴射ノズル１３１と対称になるように反応チューブ１２０の他方の側に配設されて反応チューブ１２０の残留ガスを排気する排気部１７０を更に備えていてもよい。排気部１７０は、反応チューブ１２０に配設された吸入口１７１を介して反応チューブ１２０の残留ガスを排気してもよいが、反応チューブ１２０内の工程残留物を排気してもよく、反応チューブ１２０内に真空を形成してもよい。排気部１７０は、噴射ノズル１３１と対称的に反応チューブ１２０に配設されてもよいが、吸入口１７１が複数の噴射ノズル１３１に対応するように配設されてもよい。このとき、吸入口１７１が噴射ノズル１３１に対称的に配置されてもよく、吸入口１７１の数又は形状が噴射ノズル１３１の数又は形状に等しくてもよい。排気部１７０は、反応チューブ１２０内の工程残留物を排気してもよいが、前記工程残留物は未反応ガス及び反応副産物を含んでいてもよい。噴射ノズル１３１が複数である場合、吸入口１７１も複数であってもよい。複数の吸入口１７１が複数の噴射ノズル１３１と対称になるように配設されると、未反応ガス及び反応副産物を含む工程残留物を効果的に排気することができ、前記工程ガスの流れを効果的に制御することもできる。すなわち、互いに対称なガス供給部１３０の噴射ノズル１３１及び排気部１７０の吸入口１７１により層流を形成してもよい。また、水平方向を維持する平均化した均一な流れを形成する層流により基板１０の全面（全体面）に均一な工程ガスを提供することができ、基板１０の全面において均一な基板１０処理を施すことができる。
また、排気速度（又は、排気強度）を調節して基板１０の上に成長される成長膜の成長率を制御してもよい。複数の吸入口１７１である場合、複数の噴射ノズル１３１と同様に高さが異なるように配置されてもよく、効果的な吸入のために吸入口１７１がスロット状の断面を有してもよい。
一方、反応チューブ１２９は、前記ガス供給ライン及び排気ラインを安定的に支持するように反応チューブ１２０の周縁に配設されて前記ガス供給ライン及び排気ラインを支持する環状の支持部材（図示せず）を備えていてもよい。しかしながら、反応チューブ１２０の構造及び形状はこれに何ら限定されるものではなく、種々に変更可能である。
図４は、本発明の変形例による複数の垂直加熱部を示す平面図である。
図４を参照すると、複数の垂直加熱部１４１、１４２、１４３は、排気部１７０に対応する個所に第１の垂直加熱部１４１と対称になるように配設される第３の垂直加熱部１４３を更に備えていてもよい。第３の垂直加熱部１４３は、反応チューブ１２０の周縁のうち排気部１７０の領域に配設されてもよい。このとき、第３の垂直加熱部１４３は、第１の垂直加熱部１４１と対称になってもよく、第３の制御部１５３に連結されて第３の制御部１５３により制御されてもよい。排気部１７０の領域は、噴射ノズル１３１の領域と同様に、他の領域とはガス分圧差が出る場合がある。排気部１７０の吸入力が低い場合には、排気部１７０の領域のガス分圧が他の領域のガス分圧よりも低いため第３の垂直加熱部１４３の加熱温度を上げてもよい。また、排気部１７０の吸入力が高い場合には、排気部１７０の領域のガス分圧が他の領域のガス分圧よりも高いため第３の垂直加熱部１４３の加熱温度を下げてもよい。
また、第３の垂直加熱部１４３は、排気部１７０が噴射ノズル１３１と対称になるように配設されるため、第１の垂直加熱部１４１と対称になるように配設されてもよい。このとき、噴射ノズル１３１及び排気部１７０の吸入口１７１が同じ形状及び数を有するので、第１の垂直加熱部１４１及び第３の垂直加熱部１４３の形状が同じであってもよい。
一方、反応チューブ１２０の周縁のうち第１の垂直加熱部１４１及び第３の垂直加熱部１４３を除く残りの部分が第２の垂直加熱部１４２であってもよい。このとき、第２の垂直加熱部１４２が２以上に分離されて互いに対称になってもよく、分離された部分は第２の制御部１５２により一緒に（又は、同様に）制御されてもよい。
このように、本発明の基板処理装置１００は、排気部１７０領域の局部的な温度も制御することができて、基板１０の全面における工程均一度をなお一層向上させることができる。
本発明の基板処理装置１００は、反応チューブ１２０が収容されるチャンバ１８０を更に備えていてもよい。チャンバ１８０は、四角筒状又は筒状に形成されてもよく、内部空間を有してもよい。また、チャンバ１８０は、上部チャンバ１８１及び下部チャンバ１８２を備えていてもよく、上部チャンバ１８１及び下部チャンバ１８２は、互いに連通されてもよい。下部チャンバ１８２の一方の側には、搬送チャンバ２００と連通される搬入口１８３が配設されてもよいが、これにより、基板１０が搬送チャンバ２００からチャンバ１８０に搬入可能である。チャンバ１８０の搬入口１８３と対応する搬送チャンバ２００の一方の側には、流入口２１０が形成されてもよく、流入口２１０と搬入口１８３との間には、ゲート弁２２０が配設されてもよい。このため、搬送チャンバ２００の内部空間及びチャンバ１８０の内部空間は、ゲート弁２２０により離れてもよい。なお、流入口２１０及び搬入口１８３は、ゲート弁２２０により開閉可能である。このとき、搬入口１８３は、下部チャンバ１８２に配設されてもよい。
本発明の基板処理装置１００は、基板ボート１１０を降昇させる降昇駆動部１９１を更に備えていてもよい。降昇駆動部１９１は、下部チャンバ１８２の下部に配設されてもよく、上下方向に延設されたシャフトにより基板ボート１１０の下部と連結されて基板ボート１１０を上下に降昇させてもよい。前記シャフトは、基板ボート１１０を支持する役割を果たしてもよい。例えば、降昇駆動部１９１の作動により基板ボート１１０が下側に移動して下部チャンバ１８２の内部（又は、積載位置）に位置してもよく、搬送チャンバ２００から下部チャンバ１８２に搬入された基板１０が下部チャンバ１８２の内部に配設される基板ボート１１０に積載されてもよい。次いで、複数枚の基板１０が基板ボート１１０に全て積載されると、基板ボート１１０が降昇駆動部１９１により上側に移動して上部チャンバ１８１（又は、工程位置）に移動してもよい。これにより、反応チューブ１２０の収容空間において基板１０に対するエピタクシャル工程が行われる。
本発明の基板処理装置１００は、基板ボート１１０の下部に配設されて基板ボート１１０の上昇により上部チャンバ１８１と下部チャンバ１８２との間を遮断して上部チャンバ１８１を下部チャンバ１８２と引き離すカバープレート１９２を更に備えていてもよい。カバープレート１９２は、円板状に形成されてもよく、基板ボート１１０の直径よりも大きい直径を有してもよい。カバープレート１９２は、基板ボート１１０の下部に配設されてもよく、基板ボート１１０の上昇により上部チャンバ１８１を密閉する役割を果たしてもよい。すなわち、基板１０の処理工程に際して反応チューブ１２０又は外部チューブ（図示せず）の開放された下部を閉鎖してもよい。また、カバープレート１９２と外部チューブ（図示せず）との間又はカバープレート１９２と反応チューブ１２０との間には、Ｏリング状の封止部材１９２ａが配設されてもよい。これにより、基板１０の処理工程に際して反応チューブ１２０の内部が下部チャンバ１８２から離れてもよく、上部チャンバ１８１内の工程ガスが下部チャンバ１８２に流入したり、下部チャンバ１８２内の異物が上部チャンバ１８１内に流入したりすることを防ぐことができる。しかしながら、カバープレート１９２の構造及び形状はこれに何ら限定されるものではなく、種々に変更可能である。
以上、バッチ式の基板処理装置について主として説明したが、枚葉式の基板処理装置も工程ガスを基板１０の側方向に供給する基板処理装置の場合には同様に適用可能である。
このように、本発明においては、ヒータ部が複数の垂直加熱部により構成され、複数の垂直加熱部により反応チューブの周縁を分割してそれぞれ別々に加熱することにより、基板の全面における工程均一度を向上させることができる。また、本発明においては、ガス分圧が相対的に高く、工程ガス温度に影響される噴射ノズル領域を他の領域とは別途に制御することにより、噴射ノズルに近い部分の基板処理が他の部分よりも盛んに行われてしまうという問題を解消することができ、基板の全面における工程均一度を向上させることができる。また、本発明においては、回転駆動部を用いて基板を回転させることにより、工程ガスを基板の全面に均一に分布させることができ、基板の全面における工程均一度をなお一層向上させることができる。更に、噴射ノズル領域に配設される第１の垂直加熱部は、第１の垂直加熱部の温度のみを測定して制御し、その他の領域に配設される第２の垂直加熱部は、第２の垂直加熱部の温度及び反応チューブの内部温度を互いに演算して制御することにより、基板の領域別に工程率又は温度を効果的に制御することができ、基板の全面における工程均一度をなお一層向上させることができる。
以上、本発明の好適な実施形態について図示して説明したが、本発明は、上述した実施形態に何ら限定されるものではなく、特許請求の範囲において請求する本発明の要旨を逸脱することなく、当該本発明が属する分野において通常の知識を有する者であれば、これより様々な変形及び均等な他の実施形態が実施可能であるということが理解できる筈である。よって、本発明の技術的な保護範囲は、下記の特許請求の範囲により定められるべきである。
１０：基板
１１：温度出力部
１２：第１の入力部
１３：温度制御部
２１：第３の入力部
２２：第２の入力部
２３：演算制御部
１００：基板処理装置
１１０：基板ボート
１２０：反応チューブ
１３０：ガス供給部
１３１：噴射ノズル
１４０：ヒータ部
１４１：第１の垂直加熱部
１４２：第２の垂直加熱部
１４３：第３の垂直加熱部
１５０：制御部
１５１：第１の制御部
１５２：第２の制御部
１５３：第３の制御部
１５４：第１の測温部材
１５５：第２の測温部材
１５６：第３の測温部材
１６０：回転駆動部
１７０：排気部
１７１：吸入口
１８０：チャンバ
１８１：上部チャンバ
１８２：下部チャンバ
１８３：搬入口
１９１：降昇駆動部
１９２：カバープレート
１９２ａ：封止部材
２００：搬送チャンバ
２１０：流入口
２２０：ゲート弁

Claims (8)

  1. 基板が積載される基板ボートと、
    前記基板ボートに積載された基板の処理工程が行われる反応チューブと、
    前記反応チューブの一方の側に配設される噴射ノズルを介して前記反応チューブの内部に工程ガスを供給するガス供給部と、
    前記反応チューブの外部に前記反応チューブの周縁に沿って配設され、前記反応チューブの周縁に沿って分割して前記反応チューブをそれぞれ別々に加熱する複数の垂直加熱部により構成されるヒータ部と、
    前記ヒータ部を制御する制御部と、
    を備え、
    前記複数の垂直加熱部は、
    前記噴射ノズルに対応する個所に配設される第１の垂直加熱部と、
    前記第１の垂直加熱部の一方の側から、前記反応チューブの周縁に沿って前記第１の垂直加熱部の他方の側まで延びて配設される第２の垂直加熱部と、
    を備え、
    前記第１の垂直加熱部及び前記第２の垂直加熱部は、前記反応チューブの内部空間のうち、前記噴射ノズルに対応する領域、及びこれと同じ高さの他の領域をそれぞれ別々に加熱し、
    前記制御部は、前記他の領域よりもガス分圧の高い前記噴射ノズルに対応する領域の温度を前記他の領域の温度よりも低く制御する基板処理装置。
  2. 前記第１の垂直加熱部の水平断面積は、前記第２の垂直加熱部の水平断面積よりも小さい請求項１に記載の基板処理装置。
  3. 前記第１の垂直加熱部の温度は、前記第２の垂直加熱部の温度の９０〜１１０％である請求項１に記載の基板処理装置。
  4. 前記制御部は、
    前記第１の垂直加熱部と接続される第１の制御部と、
    前記第２の垂直加熱部と接続される第２の制御部と、
    を備え、
    前記第１の垂直加熱部及び前記第２の垂直加熱部をそれぞれ別々に制御する請求項１に記載の基板処理装置。
  5. 前記第１の制御部は、前記第１の垂直加熱部の温度を測定する第１の測温部材を備え、
    前記第２の制御部は、前記第２の垂直加熱部の温度を測定する第２の測温部材と、前記反応チューブの内部温度を測定する第３の測温部材と、を備える請求項４に記載の基板処理装置。
  6. 前記第１の制御部は、前記第１の測温部材の測定値を用いて前記第１の垂直加熱部を制御し、
    前記第２の制御部は、前記第２の測温部材の測定値及び前記第３の測温部材の測定値を互いに演算して前記第２の垂直加熱部を制御する請求項５に記載の基板処理装置。
  7. 前記複数の垂直加熱部は、それぞれ別々に制御される複数の水平加熱要素が積層されて形成される請求項１に記載の基板処理装置。
  8. 前記基板ボートを回転させる回転駆動部を更に備える請求項１に記載の基板処理装置。
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