特開 2024-126238 基板処理装置、および基板処理方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024126238

(43)【公開日】2024-09-20

(54)【発明の名称】基板処理装置、および基板処理方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/31 20060101AFI20240912BHJP

   C23C 16/46 20060101ALI20240912BHJP

【ＦＩ】

H01L21/31 B

C23C16/46

【審査請求】未請求

【請求項の数】12

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023034492

(22)【出願日】2023-03-07

(71)【出願人】

【識別番号】000219967

【氏名又は名称】東京エレクトロン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(72)【発明者】

【氏名】山口 達也

【テーマコード（参考）】

4K030

5F045

【Ｆターム（参考）】

4K030CA04

4K030CA12

4K030EA05

4K030EA06

4K030FA10

4K030GA02

4K030GA06

4K030JA10

4K030KA23

4K030KA25

4K030KA39

4K030KA41

4K030LA15

5F045AA06

5F045AD01

5F045AE01

5F045AF01

5F045AF07

5F045BB03

5F045BB10

5F045DP19

5F045DP28

5F045DQ05

5F045EF03

5F045EF09

5F045EK06

5F045EK07

5F045EK24

5F045EK28

5F045EK30

(57)【要約】

【課題】処理容器の内部に収容された基板の温度を効率的に昇温させると共に、加熱時の電力量を低減できる技術を提供する。
【解決手段】基板処理装置は、複数の基板を内部に収容して、当該複数の基板に基板処理を行う処理容器と、処理容器の内部にガスを供給するガス供給ノズルと、処理容器の外部から複数の基板を加熱する外部ヒータと、を含む。基板処理装置は、処理容器の内部においてガス供給ノズルと独立して設けられ、かつ複数の基板の側方を当該複数の基板が並ぶ方向に延在して、複数の基板を加熱する内部ヒータを備える。基板処理装置は、外部ヒータおよび内部ヒータを連動させることで、処理容器の内部に収容された複数の基板の温度を効率的に昇温させると共に、加熱時の電力量を低減できる。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の基板を内部に収容して、当該複数の基板に基板処理を行う処理容器と、
前記処理容器の内部にガスを供給するガス供給ノズルと、
前記処理容器の外部から前記複数の基板を加熱する外部ヒータと、を含む基板処理装置であって、
前記処理容器の内部において前記ガス供給ノズルと独立して設けられ、かつ前記複数の基板の側方を当該複数の基板が並ぶ方向に延在して、前記複数の基板を加熱する内部ヒータを備える、
基板処理装置。

【請求項2】

前記処理容器は、前記複数の基板を収容する第１空間を有する内筒と、前記内筒を収容して前記内筒との間に第２空間を形成する外筒と、を含み、
前記内筒は、
周方向の一部において径方向外側に突出して、前記ガス供給ノズルを内側に収容するノズル用凸部と、
前記内筒の軸心を挟んだ前記ノズル用凸部の反対位置に設けられ、前記第１空間と前記第２空間の間を連通する開口部と、を有する、
請求項１に記載の基板処理装置。

【請求項3】

前記内部ヒータは、前記内筒の内側に設置されている、
請求項２に記載の基板処理装置。

【請求項4】

前記内筒は、前記ノズル用凸部と異なる周方向の位置で径方向外側に突出するヒータ用凸部を有し、
前記内部ヒータは、前記ヒータ用凸部の内側に収容される、
請求項３に記載の基板処理装置。

【請求項5】

前記内部ヒータは、前記内筒と前記外筒の間の前記第２空間に設置されている、
請求項２に記載の基板処理装置。

【請求項6】

前記内部ヒータは、前記第２空間において前記開口部に対向する位置に設置されている、
請求項５に記載の基板処理装置。

【請求項7】

前記内部ヒータは、前記処理容器の周方向に沿った前記ノズル用凸部の隣接位置に設置されている、
請求項２に記載の基板処理装置。

【請求項8】

前記内部ヒータは、前記ノズル用凸部の内側に設置されている、
請求項２に記載の基板処理装置。

【請求項9】

前記外部ヒータおよび前記内部ヒータを制御する制御部を有し、
前記制御部は、
（Ａ）前記基板処理の開始において前記ガス供給ノズルから処理ガスの供給を停止した状態で、前記外部ヒータおよび前記内部ヒータを加熱して前記複数の基板を昇温させる工程と、
（Ｂ）前記（Ａ）の工程の後、前記内部ヒータの加熱を停止する一方で、前記外部ヒータの加熱を継続し、前記ガス供給ノズルから前記処理ガスを供給する工程と、を制御する、
請求項１乃至８のいずれか１項に記載の基板処理装置。

【請求項10】

前記制御部は、前記（Ｂ）の工程において、前記外部ヒータへ供給する電力量を、前記（Ａ）の工程で前記外部ヒータへ供給する電力量よりも低くする、
請求項９に記載の基板処理装置。

【請求項11】

前記内部ヒータは、
石英により形成される管部材と、
前記管部材の内部に収容されるヒータ線と、を含む、
請求項１乃至８のいずれか１項に記載の基板処理装置。

【請求項12】

複数の基板を内部に収容して、当該複数の基板に基板処理を行う処理容器と、
前記処理容器の内部にガスを供給するガス供給ノズルと、
前記処理容器の外部から前記複数の基板を加熱する外部ヒータと、を含む基板処理装置の基板処理方法であって、
前記処理容器の内部において前記ガス供給ノズルと独立して設けられ、かつ前記複数の基板の側方を当該複数の基板が並ぶ方向に延在する内部ヒータにより、前記複数の基板を加熱する、
基板処理方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、基板処理装置、および基板処理方法に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、処理容器の内部に複数の基板（半導体ウエハ）を収容して、処理容器の外部に設けられたヒータにより加熱を行い、各基板に基板処理を施す基板処理装置（熱処理装置）が開示されている。この基板処理装置は、処理ガスを供給するガス供給ノズルの内部において、吐出前の処理ガスを加熱する予備加熱ヒータをさらに備えている。

【0003】

また、特許文献２には、処理容器の外部にヒータを備えずに、処理容器の内部に備えたヒータにより、複数の基板を加熱する基板処理装置（熱処理装置）が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００７－８１３６５号公報

【特許文献2】特開２００３－３２４０４５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本開示は、処理容器の内部に収容された複数の基板の温度を効率的に昇温させると共に、加熱時の電力量を低減できる技術を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の一態様によれば、複数の基板を内部に収容して、当該複数の基板に基板処理を行う処理容器と、前記処理容器の内部にガスを供給するガス供給ノズルと、前記処理容器の外部から前記複数の基板を加熱する外部ヒータと、を含む基板処理装置であって、前記処理容器の内部において前記ガス供給ノズルと独立して設けられ、かつ前記複数の基板の側方を当該複数の基板が並ぶ方向に延在して、前記複数の基板を加熱する内部ヒータを備える、基板処理装置が提供される。

【発明の効果】

【0007】

一態様によれば、処理容器の内部に収容された複数の基板の温度を効率的に昇温させると共に、加熱時の電力量を低減できる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】実施形態に係る基板処理装置を概略的に示す断面図である。

【図2】処理容器および温調炉の水平方向に沿った断面図である。

【図3】処理容器内に設けられる内部ヒータを示す斜視図である。

【図4】図４（Ａ）は、実施形態に係る基板処理装置の基板処理方法を示すタイミングチャートである。図４（Ｂ）は、参考例に係る基板処理装置の基板処理方法を示すタイミングチャートである。

【図5】図５（Ａ）は、第１変形例に係る内部ヒータの設置形態を示す断面図である。図５（Ｂ）は、第２変形例に係る内部ヒータの設置形態を示す断面図である。図５（Ｃ）は、第３変形例に係る内部ヒータの設置形態を示す断面図である。

【図6】図６（Ａ）は、第４変形例に係る内部ヒータの設置形態を示す断面図である。図６（Ｂ）は、第５変形例に係る内部ヒータの設置形態を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、図面を参照して本開示を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。

【0010】

［基板処理装置１の構成］
図１は、実施形態に係る基板処理装置１を概略的に示す断面図である。基板処理装置１は、処理容器１０内に複数の基板Ｗを鉛直方向に並べて保持し、原子層堆積（ＡＬＤ）法や化学気相成長（ＣＶＤ）法、熱酸化法、その他の方法により各基板Ｗの表面に所望の膜を成膜する縦型の成膜装置（熱処理装置）に構成されている。成膜が施される基板Ｗは、特に限定されず、例えば、シリコンウエハ、もしくは化合物半導体ウエハ等の半導体基板、またはガラス基板があげられる。

【0011】

基板処理装置１は、各基板Ｗを内部に収容して各基板に基板処理を行う処理容器１０と、処理容器１０内にガスを供給するガス供給部３０と、処理容器１０内からガスを排気するガス排気部４０と、処理容器１０の周囲に配置される温調炉５０と、を備える。また、基板処理装置１は、基板処理装置１の各構成を制御する制御部９０を有する。

【0012】

処理容器１０は、円筒状に形成され、軸心が鉛直方向（上下方向）に沿うように設置される。また、処理容器１０は、各基板Ｗを収容する内筒１１と、この内筒１１を収容する外筒１２と、を有する２重筒構造を呈している。内筒１１および外筒１２は、石英等の耐熱性材料により形成され、互いに同軸上に配置されている。なお、処理容器１０は、２重筒構造に限らず、単筒構造でもよく、あるいは３以上の筒からなる構造でもよい。

【0013】

内筒１１は、開放した下端を備える一方で、天井壁を上端に備える。また、内筒１１は、各基板Ｗの直径よりも大きな内径を有すると共に、各基板Ｗの鉛直方向の配置範囲よりも長い軸方向長さを有する。内筒１１の内部は、収容された各基板Ｗにガスを供給して成膜を行う処理空間（第１空間）ＰＳとなる。内筒１１の周方向位置には、処理空間ＰＳから内筒１１と外筒１２の間の流通空間（第２空間）ＣＳにガスを流出させる開口部１５が設けられている。例えば、開口部１５の鉛直方向の長さは、各基板Ｗの配置範囲以上に設定される。なお、開口部１５の形成位置については、特に限定されず、例えば、内筒１１の天井壁に形成されてもよい。

【0014】

また、内筒１１は、開口部１５と反対側の周方向位置（内筒１１の軸心を挟んだ反対位置）に、処理空間ＰＳに連通すると共に、ガス供給部３０のガス供給ノズル３１を収容可能なノズル用収容空間１３ｓを有する。ノズル用収容空間１３ｓは、内筒１１の側壁の一部を径方向外側に突出させたノズル用凸部１３の内側に設けられており（図２も参照）、内筒１１の軸心（鉛直方向）と平行に延在している。

【0015】

一方、外筒１２は、内筒１１よりも大きな内径を有し、内筒１１を非接触に覆っている。外筒１２の内側に形成される流通空間ＣＳは、内筒１１の上方および側方に連続しており、開口部１５から移動したガスを鉛直方向下側に流通させる。

【0016】

処理容器１０の下端は、ステンレス鋼により形成された円筒状のマニホールド１７に支持されている。マニホールド１７は、マニホールド側フランジ１７ｆを上端に有する。マニホールド側フランジ１７ｆは、外筒１２の下端に形成された外筒側フランジ１２ｆを固定および支持している。外筒側フランジ１２ｆとマニホールド側フランジ１７ｆとの間には、外筒１２およびマニホールド１７を気密にシールするシール部材１９が設けられている。また、マニホールド１７は、環状の支持プレート２０を上部の内壁に備える。支持プレート２０は、内壁から径方向内側に突出して、内筒１１の下端を固定および支持する。

【0017】

マニホールド１７の下端開口には、基板配置ユニット２２の蓋体２１が離脱可能に配置される。マニホールド１７の下端は、蓋体２１の接触に伴ってマニホールド１７の下端開口を気密に塞ぐシール部材１８を備える。

【0018】

基板配置ユニット２２は、上下方向に延出するウエハボート１６を、蓋体２１から上方に向けて突出させている。ウエハボート１６は、鉛直方向に沿って図示しない複数の棚板を有しており、各棚板により各基板Ｗの外縁部を保持する。ウエハボート１６による各基板Ｗの保持状態で、各基板Ｗは、鉛直方向に沿って一定の間隔毎に並び、また相互に水平方向に支持される。

【0019】

さらに、基板配置ユニット２２は、ウエハボート１６および蓋体２１の他に、ウエハボート１６を回転自在に支持する回転機構２３、昇降機構２５および断熱構造部２７を備える。

【0020】

回転機構２３は、蓋体２１の中心部に設けられ、図示しない回転源と、回転源により回転する回転軸２４と、回転軸２４の上端に連結される回転プレート２６と、を含む。回転プレート２６の上面には、断熱構造部２７を介してウエハボート１６が搭載される。回転軸２４および回転プレート２６は、回転機構２３の回転下に、断熱構造部２７およびウエハボート１６を軸回りに回転させる。

【0021】

昇降機構２５は、鉛直方向に延在する柱部２５Ａと、柱部２５Ａと相対的に昇降可能なアーム２５Ｂと、アーム２５Ｂを昇降させる昇降駆動部（不図示）と、を有する。アーム２５Ｂは、略水平方向に延在して蓋体２１、回転機構２３、および回転軸２４よりも上側の部材（ウエハボート１６、回転プレート２６、断熱構造部２７）を支持している。基板処理装置１は、昇降機構２５のアーム２５Ｂを昇降することで、蓋体２１、回転機構２３、回転軸２４よりも上側の部材を一体に上下させ、処理容器１０内に対してウエハボート１６を挿入および離脱させる。

【0022】

ガス供給部３０は、処理容器１０の処理空間ＰＳ内の各基板Ｗにガスを供給するために、１以上のガス供給ノズル３１を備える。ガス供給部３０により供給するガスとしては、成膜（基板処理）に適用される処理ガスと、処理空間ＰＳ内をパージするパージガスとがあげられる。また、処理ガスとしては、前駆体（プリカーサ）を基板Ｗに堆積させるための原料ガス、および基板Ｗに付着した前駆体と反応する反応ガスがあげられる。

【0023】

図２は、処理容器１０および温調炉５０の水平方向に沿った断面図である。図２に示すように、ガス供給部３０は、３つのガス供給ノズル３１（第１ガス供給ノズル３１Ａ、第２ガス供給ノズル３１Ｂ、第３ガス供給ノズル３１Ｃ）を備える。なお、図１では、図示の便宜のため、第１ガス供給ノズル３１Ａ、第２ガス供給ノズル３１Ｂを記載し、第３ガス供給ノズル３１Ｃの記載を省いている。

【0024】

第１ガス供給ノズル３１Ａは、原料ガスを処理容器１０内に供給するノズルである。第２ガス供給ノズル３１Ｂは、反応ガスを処理容器１０内に供給するノズルである。第３ガス供給ノズル３１Ｃは、パージガスを処理容器１０内に供給するノズルである。ガス供給部３０は、この構成に限定されず、例えば、複数種類のガスを同じガス供給ノズル３１から供給することで１つまたは２つのガス供給ノズル３１を備える構成でもよく、あるいは４つ以上のガス供給ノズル３１を備える構成でもよい。

【0025】

第１ガス供給ノズル３１Ａ～第３ガス供給ノズル３１Ｃは、石英により形成されたインジェクタ管であり、ノズル用凸部１３の内側（ノズル用収容空間１３ｓ）において互いに周方向に並んで設けられている。第１ガス供給ノズル３１Ａ～第３ガス供給ノズル３１Ｃの各々は、処理空間ＰＳ内に収容された基板Ｗを臨む方向にガス孔３１ｈを有しており、内部の流路を流通したガスを基板Ｗに向けて吐出する。なお、図２では、上から下に向かって順に第１ガス供給ノズル３１Ａ～第３ガス供給ノズル３１Ｃを図示しているが、第１ガス供給ノズル３１Ａ～第３ガス供給ノズル３１Ｃの配置は任意に設計してよい。

【0026】

図１に示すように、各ガス供給ノズル３１は、マニホールド１７に固定される。また、各ガス供給ノズル３１は、内筒１１内を鉛直方向に沿って延びると共に、下端においてＬ字状に屈曲してマニホールド１７の内外を貫通している。各ガス供給ノズル３１は、鉛直方向において、ウエハボート１６に支持される各基板Ｗの間隔と同じ間隔で上記の複数のガス孔３１ｈを備える。また、各ガス孔３１ｈの鉛直方向の位置は、鉛直方向に隣り合う基板Ｗ同士の中間に位置するように設定されている。このように構成された各ガス孔３１ｈは、水平方向にガスを吐出することで、各基板Ｗの間の隙間にガスを円滑に供給できる。

【0027】

ガス供給部３０は、処理容器１０の外部において、第１ガス供給ノズル３１Ａ～第３ガス供給ノズル３１Ｃの各々に接続される複数のガス供給経路３２を有する。第１ガス供給ノズル３１Ａに接続されるガス供給経路３２は、図示しない原料ガス源に接続されている。第２ガス供給ノズル３１Ｂに接続されるガス供給経路３２は、図示しない反応ガス源に接続されている。第３ガス供給ノズル３１Ｃに接続されるガス供給経路３２は、図示しないパージガス源に接続されている。また、各ガス供給経路３２は、各ガス源に至るまでの途中位置に、ガスの流量を調整する流量調整器、経路内の流路を開閉するバルブ等を備える（共に不図示）。

【0028】

ガス排気部４０は、処理容器１０内のガスを外部に排気する。各ガス供給ノズル３１により供給されたガスは、内筒１１の処理空間ＰＳから流通空間ＣＳに移動した後、ガス出口４１を介して排気される。ガス出口４１は、マニホールド１７の上部の側壁であって、支持プレート２０の上方に形成されている。ガス出口４１には、ガス排気部４０の排気経路４２が接続されている。ガス排気部４０は、排気経路４２の上流から下流に向かって順に、圧力調整弁４３、真空ポンプ４４を備える。ガス排気部４０は、処理容器１０内のガスを真空ポンプ４４により吸引すると共に、圧力調整弁４３により排気するガスの流量を調整することで、処理容器１０内の内圧（圧力）を調整する。

【0029】

そして、実施形態に係る基板処理装置１は、処理容器１０の内部において各基板Ｗを加熱する複数の内部ヒータ（内部加熱体）７０を備える。各内部ヒータ７０は、処理容器１０内で保持されている各基板Ｗの側方の隣接位置に配置されている。また、各内部ヒータ７０は、処理容器１０内に保持された複数の基板Ｗのうち最上端の基板Ｗよりも高い位置と、最下端の基板Ｗよりも低い位置との間を直線状に延在するように形成される。言い換えれば、各内部ヒータ７０は、各ガス供給ノズル３１と平行に設けられ、最上端のガス孔３１ｈよりも高い位置と、最下端のガス孔３１ｈよりも低い位置との間を直線状に延在している。

【0030】

図３は、処理容器１０内に設けられる内部ヒータ７０を示す斜視図である。図３に示すように、内部ヒータ７０は、中空状に形成された管部材７１と、管部材７１の内部を挿通するように設けられたヒータ線７２と、を有する。

【0031】

管部材７１は、例えば、石英により形成されている。管部材７１は、鉛直方向上側において折り返すことで直線状に延在する一対の連続管に形成され、鉛直方向下側においてＬ字状に屈曲することで、マニホールド１７の外部に露出されている。マニホールド１７は、この内部ヒータ７０を通過可能な一対の孔２８を有している。各孔２８を構成するマニホールド１７の縁と管部材７１の外周面との間は、気密にシール可能なシール部材（不図示）により閉塞される。

【0032】

ヒータ線７２は、管部材７１の鉛直方向の延在部分全体に収容されると共に、管部材７１の屈曲部分において外部から挿入された一対の電気配線７３に接続されている。ヒータ線７２は、電気配線７３を介して図示しない加熱用ドライバから電力が供給されることで、内部ヒータ７０の鉛直方向の全体を加熱することが可能である。ヒータ線７２は、直線状に限らず、螺旋や蛇行等の配線形態をとってもよい。この種のヒータ線７２としては、例えば、カーボンを含有するカーボンワイヤヒータを適用できる。なお、内部ヒータ７０は、加熱方式について特に限定されず、例えば、ハロゲンヒータやシーズヒータ等であってもよい。

【0033】

図２に示すように、実施形態に係る内部ヒータ７０は、内筒１１の内側に配置され、処理空間ＰＳに収容された各基板Ｗとの間に、部品を介在しない構成としている。また、内部ヒータ７０は、内筒１１の周方向に沿って３つ設けられ、略等間隔に配置されている。例えば、複数の内部ヒータ７０のうち１つは、各ガス供給ノズル３１（ノズル用凸部１３）の隣接位置に配置されている。また例えば、複数の内部ヒータ７０のうち他の１つは、開口部１５の隣接位置に配置されている。

【0034】

処理容器１０は、内筒１１の内側に内部ヒータ７０を配置するためのヒータ用凸部１４を複数（３つ）備える。ヒータ用凸部１４は、ノズル用凸部１３と同様に内筒１１の周方向位置において径方向外側に短く突出し、内筒１１の軸心（鉛直方向）と平行に延在している。ヒータ用凸部１４の内側は、内部ヒータ７０の一対の連続管を収容可能なヒータ用収容空間１４ｓとなっている。

【0035】

各内部ヒータ７０は、各ヒータ用収容空間１４ｓに収容されることで、処理容器１０内に収容された基板Ｗと非接触でありながら、充分に近い位置（例えば、５ｍｍ～５ｃｍ程度の間隔）に設置される。また、各内部ヒータ７０は、周方向に略等間隔に配置され、かつ鉛直方向の最上端の基板Ｗと最下端の基板Ｗとの間を延在している。基板処理装置１は、この各内部ヒータ７０により全ての基板Ｗを安定して加熱することができる。各内部ヒータ７０の加熱時の温度は、基板処理の内容にもよるが、基板処理時の目標温度よりも若干（例えば、１倍～１．５倍程度）高く設定されるとよい。一例として、基板Ｗの基板処理時の目標温度が５００℃である場合、基板処理装置１は、基板処理の開始時に内部ヒータ７０の温度を６００℃に設定して基板Ｗを加熱する。これにより、基板処理装置１は、基板Ｗの昇温にかかる時間を大幅に短縮できる。

【0036】

また、処理容器１０は、処理容器１０内（例えば、内筒１１内の処理空間ＰＳ）の鉛直方向において設定された複数のゾーン毎の温度を検出する温度センサ（不図示）を備えることが好ましい。制御部９０は、温度センサが検出する温度情報に基づき、各内部ヒータ７０の温度を制御することができる。

【0037】

図１に戻り、温調炉５０は、処理容器１０全体を覆い、処理容器１０に収容された各基板Ｗを外側から加熱および冷却する。具体的には、温調炉５０は、天井を有する円筒状の筐体５１と、筐体５１の内側に設けられる外部ヒータ５２と、を有する。

【0038】

筐体５１は、処理容器１０とマニホールド１７の境界に位置するベースプレート５４の上面に取り付けられ、内側に収容された処理容器１０を加熱する。筐体５１は、処理容器１０に対して間隔をあけて設置され、処理容器１０と当該筐体５１との間に温調空間５３を形成している。

【0039】

筐体５１は、天井部を有して処理容器１０全体を覆う断熱部５１ａと、断熱部５１ａの外周において断熱部５１ａを補強する補強部５１ｂと、を含む。断熱部５１ａは、例えば、シリカ、アルミナ等を主成分として形成され、熱伝達を抑制する。補強部５１ｂは、ステンレス鋼等の金属により形成されている。また、温調炉５０の外部への熱影響を抑制するために、補強部５１ｂの外周は、図示しない水冷ジャケットで覆われている。

【0040】

温調炉５０の外部ヒータ５２は、処理容器１０内の複数の基板Ｗを加熱する適宜の構成を適用してよい。例えば、外部ヒータ５２としては、赤外線を放射して処理容器１０を加熱する赤外線ヒータを用いることができる。この場合、外部ヒータ５２は、ワイヤ状に形成され、断熱部５１ａの内周面に保持部（不図示）を介して、螺旋状、環状、円弧状、シャンク形状または蛇行するように保持される。

【0041】

さらに、温調炉５０は、成膜時または成膜後に処理容器１０を冷却するために、エア等の冷却ガスを温調空間５３に流通させる冷却部６０を備える。冷却部６０は、温調炉５０の外部に設けられる外部供給経路６１および流量調整器６２と、補強部５１ｂに設けられる供給流路６３と、断熱部５１ａに設けられる供給孔６４と、を有する。

【0042】

外部供給経路６１は、図示しないブロアに接続されると共に、途中位置で複数の分岐経路６１ａに分岐している。流量調整器６２は、複数の分岐経路６１ａ毎に設けられ、各分岐経路６１ａを流通するエアの流量を調整する。供給流路６３は、補強部５１ｂの軸方向（鉛直方向）に複数形成され、周方向に沿って環状に延在している。各供給孔６４は、各供給流路６３と同じ軸方向位置において水平方向に複数設けられ、各供給流路６３に導入されたエアを温調空間５３に向けて噴出する。

【0043】

また、冷却部６０は、温調空間５３内に供給されたエアを排出する排気孔６５を筐体５１の天井に備える。排気孔６５は、筐体５１の外部に設けられた外部排気経路６６に接続されている。

【0044】

基板処理装置１の制御部９０は、プロセッサ９１、メモリ９２、図示しない入出力インタフェース等を有するコンピュータを適用することができる。プロセッサ９１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）、複数のディスクリート半導体からなる回路等のうち１つまたは複数を組み合わせたものである。メモリ９２は、揮発性メモリ、不揮発性メモリ（例えば、コンパクトディスク、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）、ハードディスク、フラッシュメモリ等）を適宜組み合わせたものである。

【0045】

メモリ９２は、基板処理装置１を動作させるプログラム、基板処理におけるプロセス条件等のレシピを記憶している。制御部９０は、メモリ９２のプログラムおよびレシピをプロセッサ９１により読み出して実行することで、基板処理装置１の基板処理を実行する。なお、制御部９０は、ネットワークを介して情報通信するホストコンピュータまたは複数のクライアントコンピュータにより構成されてもよい。

【0046】

基板処理において、制御部９０は、温調炉５０および内部ヒータ７０を相互に連動させて各基板Ｗを加熱すると共に、ガス供給部３０によるガスの供給、およびガス排気部４０によるガスの排気を制御する。

【0047】

［基板処理方法］
図４（Ａ）は、実施形態に係る基板処理装置１の基板処理方法を示すタイミングチャートである。図４（Ｂ）は、参考例に係る基板処理装置の基板処理方法を示すタイミングチャートである。図４（Ａ）および図４（Ｂ）に示すように、制御部９０は、処理容器１０内にウエハボート１６を挿入して各基板Ｗを収容した後に、基板処理として初期工程と、メイン工程とを順に実行する。

【0048】

初期工程は、処理ガス（原料ガス、反応ガス）を供給する前に処理容器１０内（各基板Ｗ）を加熱して、基板処理時の目標温度に到達させる工程である。また初期工程において、基板処理装置１は、パージガスを処理容器１０内に供給すると共に、ガス排気部４０により処理容器１０内のガスを排出することで、処理容器１０の内圧を一定にする。なお、制御部９０は、ガス供給部３０およびガス排気部４０を制御することで、メイン工程でも処理容器１０の内圧を一定に維持する。

【0049】

制御部９０は、処理容器１０内の温度を温度センサにより監視して、温度が目標温度で安定した状態になると、初期工程からメイン工程に移行する。メイン工程は、原料ガスおよび反応ガスを順に供給することにより、基板Ｗの表面に所望の膜を成膜する工程である。この際、制御部９０は、処理容器１０内（各基板Ｗ）の温度を目標温度に維持する。なお、制御部９０は、メイン工程において原料ガスや反応ガスと共にパージガスを供給してもよく、原料ガスの供給と反応ガスの供給との間、あるいは反応ガスの供給後にパージガスを供給してもよい。

【0050】

以下、図４（Ａ）に示す実施形態に係る基板処理装置１の基板処理方法と対比するため、まず図４（Ｂ）に示す参考例に係る基板処理装置について説明する。参考例に係る基板処理装置は、処理容器１０内に内部ヒータ７０を備えない点で、実施形態に係る基板処理装置１と異なる。なお、参考例に係る基板処理装置の他の構成については、実施形態に係る基板処理装置１と同様である。

【0051】

この場合、参考例に係る基板処理装置は、温調炉５０の外部ヒータ５２の加熱によって、処理容器１０内の各基板Ｗを加熱する。外筒１２よりも外部から加熱を行うため、参考例に係る基板処理装置は、初期工程において外部ヒータ５２に対して大きな電力量を供給して、処理容器１０および各基板Ｗを加熱する。

【0052】

詳細には、制御部９０は、初期工程の開始後に、温調炉５０の外部ヒータ５２をオンして、外部ヒータ５２に供給電力を出力する。この際、制御部９０は、各基板Ｗの温度を目標温度に到達させるために、大きな電力量の供給電力を外部ヒータ５２に出力する。特に、制御部９０は、初期工程を開始した時点ｔ０の後に大きな過渡電力を供給することで、外部ヒータ５２自体の温度を急激に高める。そして過渡電力の供給後、処理容器１０全体の温度が高まるまでは、大きな電力量の供給電力を出力し続ける。これにより、各基板Ｗは、処理容器１０の外側からの熱の放射を受けて徐々に温度が上昇していく。

【0053】

そして、時点ｔ０からある程度時間が経過した時点ｔ１において、各基板Ｗの温度が目標温度に到達する。制御部９０は、各基板Ｗの温度が目標温度に到達したことを認識すると、時点ｔ２において初期工程を終了してメイン工程に移行する。この際、制御部９０は、ガス供給部３０を動作させて第１ガス供給ノズル３１Ａから処理容器１０内に原料ガスを供給する。これにより、温度調整された各基板Ｗの表面に対して原料ガスを良好に付着させることができる。

【0054】

また、制御部９０は、メイン工程において、温調炉５０に対する供給電力の電力量を低下させることができる。このメイン工程の段階では、各基板Ｗの温度を目標温度に維持するために、温調炉５０の外側への放熱やガスの供給に伴う温度低下等の分だけ、加熱を行えばよいからである。

【0055】

以上の参考例に係る基板処理装置は、メイン工程に至るまでの初期工程の実施期間が長くなると共に、初期工程の加熱にかかる供給電力が大きくなる。特に、初期工程の当初は、各基板Ｗの温度を短期間に上昇させるために、外部ヒータ５２に大きな電力量を供給する必要がある。

【0056】

これに対し、実施形態に係る基板処理装置１は、図４（Ａ）に示すように、初期工程の開始に伴って、各内部ヒータ７０をオンすると共に、温調炉５０の外部ヒータ５２をオンする。これにより、基板処理装置１は、処理容器１０の内側から各基板Ｗを加熱すると共に、処理容器１０の外側から処理容器１０を加熱することができる。特に、各内部ヒータ７０は、各基板Ｗに充分に近い位置から各基板を加熱することで、各基板Ｗを急激に昇温させることができる。

【0057】

詳細には、制御部９０は、初期工程の開始（時点ｔ０）後に、各内部ヒータ７０に供給電力を出力すると共に、温調炉５０の外部ヒータ５２に供給電力を出力する。この際、制御部９０は、各内部ヒータ７０により各基板Ｗを加熱することで、外部ヒータ５２の電力量を、参考例に係る外部ヒータ５２の電力量よりも低くできる。また、各内部ヒータ７０は、処理容器１０の内側において鉛直方向に延在するヒータ線７２により加熱を行うため、処理容器１０全体を囲う外部ヒータ５２よりも加熱範囲が小さく、低い電力量に設定可能である。すなわち、基板処理装置１は、各内部ヒータ７０の電力量と外部ヒータ５２の電力量とを加えた初期工程の電力量について、参考例に係る基板処理装置の初期工程の電力量よりも大幅に抑制できる。

【0058】

このように外部ヒータ５２および各内部ヒータ７０を連動させて加熱を行うことで、基板処理装置１は、各基板Ｗの温度を昇温させる期間（時点ｔ０から時点ｔ１までの期間）を参考例に係る基板処理装置の期間よりも大幅に短縮できる。したがって、基板処理装置１は、初期工程からメイン工程に短期間に移行できる。そして、メイン工程に移行する時点ｔ２の前において、基板処理装置１は、内部ヒータ７０の電力量を低下させて、内部ヒータ７０をオフする。そして、基板処理装置１は、時点ｔ２のタイミングで、ガス供給部３０を動作させて第１ガス供給ノズル３１Ａから処理容器１０内に原料ガスを供給する。これにより、温度調整された各基板Ｗの表面に対して原料ガスを良好に付着させることができる。

【0059】

特に、メイン工程では、各基板Ｗの温度を目標温度に維持するための加熱のみを行えばよく、各内部ヒータ７０をオフすることで、外部ヒータ５２により継続して加熱を行えば充分に電力量を少なくすることができる。また、メイン工程では、各内部ヒータ７０をオフすることで、各内部ヒータ７０から各基板Ｗにかかる熱によって基板Ｗの面内温度分布にムラが生じることを抑制することが可能となる。なお、図４（Ａ）では、各内部ヒータ７０のオフ後に、一定のインターバルをあけてから原料ガスを供給（オン）している。これにより、基板Ｗの面内温度分布をより均一化させてから基板処理を行うことができる。

【0060】

以上のように、基板処理装置１は、外部ヒータ５２と各内部ヒータ７０とを連動させることで、処理容器１０内の各基板Ｗの温度を円滑に昇温させることができる。その結果、基板処理装置１は、処理容器１０の内部に収容された各基板Ｗの温度を短期間に昇温させると共に、加熱時の電力量を低減できる。

【0061】

なお、基板処理装置１および基板処理方法は、上記の実施形態に限定されず、種々の変形例をとり得る。例えば、上記の例では、各基板Ｗに対して原料ガスおよび反応ガスを供給して、各基板Ｗの表面に所望の膜を成膜する基板処理について説明した。しかしながら、基板処理装置１は、これに限定されず、各基板Ｗの表面に形成された膜をエッチングするエッチング装置に構成されてもよい。この場合、基板処理装置１は、処理容器１０内にプラズマを生成する構成を備えてもよい。

【0062】

また、基板処理装置１は、初期工程のみ内部ヒータ７０の加熱を行う構成に限らず、メイン工程でも内部ヒータ７０の加熱を行ってもよい。例えば、基板処理装置１は、初期工程において第１温度で加熱した後に、メイン工程において第１温度よりも低い第２温度で加熱を行うとよい。これにより、基板処理時に各基板Ｗの面内温度分布の均一化をより促進させることが可能となる。

【0063】

さらに、基板処理装置１は、内部ヒータ７０について鉛直方向に沿って複数のゾーンを設定し、複数のゾーン毎に設置したヒータ線７２の温度を独立して調整可能な構成としてもよい。一例として、内部ヒータ７０は、鉛直方向に並ぶ複数の基板Ｗのうち温度が低くなり易い箇所（例えば、断熱構造部２７に近い底部付近の基板Ｗ）に対向するゾーンの温度を高くする一方で、他の箇所のゾーンの温度を低くする制御を行ってもよい。

【0064】

また、基板処理装置１は、処理容器１０内の内部ヒータ７０の設置形態についても特に限定されず、種々のパターンを採用できる。以下、図５（Ａ）～図６（Ｂ）を参照して、他の内部ヒータ７０の設置形態について幾つか例示する。図５（Ａ）は、第１変形例に係る内部ヒータ７０の設置形態を示す断面図である。図５（Ｂ）は、第２変形例に係る内部ヒータ７０の設置形態を示す断面図である。図５（Ｃ）は、第３変形例に係る内部ヒータ７０の設置形態を示す断面図である。図６（Ａ）は、第４変形例に係る内部ヒータ７０の設置形態を示す断面図である。図６（Ｂ）は、第５変形例に係る内部ヒータ７０の設置形態を示す断面図である。

【0065】

図５（Ａ）に示す第１変形例に係る基板処理装置１Ａは、複数（３つ）の内部ヒータ７０を内筒１１と外筒１２の間（流通空間ＣＳ）に設置した点で、実施形態に係る基板処理装置１と異なる。なお、内部ヒータ７０以外の構成については、実施形態に係る基板処理装置１と同一であり、その詳細な説明については省略する（以降の変形例も同様である）。各内部ヒータ７０は、流通空間ＣＳから各基板Ｗを加熱する。これにより、各内部ヒータ７０を内筒１１内に配置した構成よりも基板Ｗを加熱し難くなるが、原料ガスや反応ガスが内筒１１内にて各内部ヒータ７０に触れることでパーティクルが生じて、そのパーティクルが各基板Ｗに付着することを抑制できる。

【0066】

図５（Ｂ）に示す第２変形例に係る基板処理装置１Ｂは、１つの内部ヒータ７０を内筒１１の外側において開口部１５に対向する位置（流通空間ＣＳ）に設置した点で、上記の基板処理装置１、１Ａと異なる。このように、開口部１５に１つの内部ヒータ７０を配置した構成とすることで、内筒１１の影響を低減して各基板Ｗを効率的に加熱することができる。しかも、原料ガスや反応ガスが流出する開口部１５の近傍位置に内部ヒータ７０があることで、内部ヒータ７０でパーティクルが生じても処理空間ＰＳに向かわないようにできるため、各基板Ｗに対するパーティクルの付着を抑制することが可能となる。

【0067】

図５（Ｃ）に示す第３変形例に係る基板処理装置１Ｃは、１つの内部ヒータ７０をノズル用凸部１３の内側のノズル用収容空間１３ｓに設置した点で、上記の基板処理装置１、１Ａ、１Ｂと異なる。このようにノズル用収容空間１３ｓに内部ヒータ７０を設置することで、内部ヒータ７０は、ガスの供給により温度低下し易い箇所を加熱することができる。例えば、基板処理装置１Ｃは、メイン工程において内部ヒータ７０を加熱して、ガス供給ノズル３１内を流通する処理ガスを温めることができる。

【0068】

図６（Ａ）に示す第４変形例に係る基板処理装置１Ｄは、内筒１１と外筒１２の間、かつノズル用凸部１３の隣接位置に複数（２つ）の内部ヒータ７０を設置した点で、上記の基板処理装置１、１Ａ～１Ｃと異なる。このように内筒１１の外側かつノズル用凸部１３の隣接位置に各内部ヒータ７０を設置することでも、ガスの供給により温度低下し易い箇所を各内部ヒータ７０で効率的に加熱することができる。

【0069】

図６（Ｂ）に示す第５変形例に係る基板処理装置１Ｅは、内筒１１と外筒１２の間、かつノズル用凸部１３の隣接位置に２つの内部ヒータ７０を設置し、開口部１５の対向位置に１つの内部ヒータ７０を設置した点で、上記の基板処理装置１、１Ａ～１Ｄと異なる。これにより、基板処理装置１Ｅは、ガスの供給により温度低下し易い箇所を各内部ヒータ７０で加熱すると共に、開口部１５から基板Ｗを直接的に加熱することが可能となる。

【0070】

［まとめ］
以上の実施形態で説明した本開示の技術的思想および効果について以下に記載する。

【0071】

本開示の第１の態様は、複数の基板Ｗを内部に収容して、当該複数の基板Ｗに基板処理を行う処理容器１０と、処理容器１０の内部にガスを供給するガス供給ノズル３１と、処理容器１０の外部から複数の基板Ｗを加熱する外部ヒータ５２と、を含む基板処理装置１、１Ａ～１Ｅであって、処理容器１０の内部においてガス供給ノズル３１と独立して設けられ、かつ複数の基板Ｗの側方を当該複数の基板Ｗが並ぶ方向に延在して、複数の基板Ｗを加熱する内部ヒータ７０を備える。

【0072】

上記によれば、基板処理装置１、１Ａ～１Ｅは、外部ヒータ５２および内部ヒータ７０を連動させて、処理容器１０の内部に収容された複数の基板Ｗの温度を効率的に昇温させることができる。これにより、基板処理装置１、１Ａ～１Ｅは、処理ガスを供給するメイン工程を早期に開始することが可能となる。しかも、基板処理装置１、１Ａ～１Ｅは、内部ヒータ７０を使用することで、外部ヒータ５２に供給する電力量を小さくできる。その結果、基板処理装置１は、加熱時の電力量を大幅に低減できる。

【0073】

また、処理容器１０は、複数の基板Ｗを収容する第１空間（処理空間ＰＳ）を有する内筒１１と、内筒１１を収容して内筒１１との間に第２空間（流通空間ＣＳ）を形成する外筒１２と、を含み、内筒１１は、周方向の一部において径方向外側に突出して、ガス供給ノズル３１を内側に収容するノズル用凸部１３と、内筒１１の軸心を挟んだノズル用凸部１３の反対位置に設けられ、第１空間と第２空間の間を連通する開口部１５と、を有する。これにより、基板処理装置１、１Ａ～１Ｅは、内筒１１に収容した複数の基板Ｗに対してガス供給ノズル３１から処理ガスを円滑に供給しつつ、開口部１５から処理ガスを排出でき、基板処理を良好に行うことが可能となる。

【0074】

また、内部ヒータ７０は、内筒１１の内側に設置されている。これにより、基板処理装置１、１Ｃは、内部ヒータ７０によって各基板Ｗを一層迅速に昇温させることができる。

【0075】

また、内筒１１は、ノズル用凸部１３と異なる周方向の位置で径方向外側に突出するヒータ用凸部１４を有し、内部ヒータ７０は、ヒータ用凸部１４の内側に収容される。これにより、基板処理装置１は、内筒１１の内側に内部ヒータ７０を設置した場合でも、内部ヒータ７０が各基板Ｗに直接触れることを防いで、当該内部ヒータ７０により各基板Ｗを加熱することができる。

【0076】

また、内部ヒータ７０は、内筒１１と外筒１２の間の第２空間（流通空間ＣＳ）に設置されている。これにより、基板処理装置１Ａ、１Ｂ、１Ｄ、１Ｅは、内部ヒータ７０においてパーティクルが生じた場合でも、このパーティクルが基板Ｗに付着することを抑制できる。

【0077】

また、内部ヒータ７０は、第２空間（流通空間ＣＳ）において開口部１５に対向する位置に設置されている。これにより、基板処理装置１Ｂ、１Ｅは、内部ヒータ７０を第２空間に設置した場合でも、内筒１１を通さずに開口部１５を通して複数の基板Ｗを円滑に加熱することができる。

【0078】

また、内部ヒータ７０は、処理容器１０の周方向に沿ったノズル用凸部１３の隣接位置に設置されている。これにより、基板処理装置１、１Ａ、１Ｄ、１Ｅは、ガス供給ノズル３１からのガスの供給により温度低下し易い箇所を、内部ヒータ７０の加熱によって昇温させることができる。

【0079】

また、内部ヒータ７０は、ノズル用凸部１３の内側に設置されている。これにより、基板処理装置１Ｃは、ガス供給ノズル３１の周辺をより効果的に加熱することができる。

【0080】

また、外部ヒータ５２および内部ヒータ７０を制御する制御部９０を有し、制御部９０は、（Ａ）基板処理の開始においてガス供給ノズル３１から処理ガスの供給を停止した状態で、外部ヒータ５２および内部ヒータ７０を加熱して複数の基板Ｗを昇温させる工程と、（Ｂ）（Ａ）の工程の後、内部ヒータ７０の加熱を停止する一方で、外部ヒータ５２の加熱を継続し、ガス供給ノズル３１から処理ガスを供給する工程と、を制御する。これにより、基板処理装置１、１Ａ～１Ｅは、基板処理の開始時に、各基板Ｗの温度を効率的に昇温させる一方で、昇温後は各基板Ｗの加熱を行わないことで処理ガスによる基板処理を安定化させることができる。

【0081】

また、制御部９０は、（Ｂ）の工程において、外部ヒータ５２へ供給する電力量を、（Ａ）の工程で外部ヒータ５２へ供給する電力量よりも低くする。これにより、基板処理装置１、１Ａ～１Ｃは、（Ｂ）の工程における電力量を抑制することができ、基板処理全体としての電力量を大幅に低減できる。

【0082】

また、内部ヒータ７０は、石英により形成される管部材７１と、管部材７１の内部に収容されるヒータ線７２と、を含む。これにより、基板処理装置１は、内部ヒータ７０を処理容器１０内に簡単に設置することができる。

【0083】

また、本開示の第２の態様は、複数の基板Ｗを内部に収容して、当該複数の基板Ｗに基板処理を行う処理容器１０と、処理容器１０の内部にガスを供給するガス供給ノズル３１と、処理容器１０の外部から複数の基板Ｗを加熱する外部ヒータ５２と、を含む基板処理装置１の基板処理方法であって、処理容器１０の内部においてガス供給ノズル３１と独立して設けられ、かつ複数の基板Ｗの側方を当該複数の基板Ｗが並ぶ方向に延在する内部ヒータ７０により、複数の基板Ｗを加熱する。この場合でも、基板処理方法は、処理容器１０の内部に収容された複数の基板Ｗの温度を効率的に昇温させると共に、加熱時の電力量を低減できる。

【0084】

今回開示された実施形態に係る基板処理装置１、１Ａ～１Ｅ、および基板処理方法は、すべての点において例示であって制限的なものではない。実施形態は、添付の請求の範囲およびその主旨を逸脱することなく、様々な形態で変形および改良が可能である。上記複数の実施形態に記載された事項は、矛盾しない範囲で他の構成も取り得ることができ、また、矛盾しない範囲で組み合わせることができる。

【符号の説明】

【0085】

１ 基板処理装置
１０ 処理容器
３１ ガス供給ノズル
５２ 外部ヒータ
７０ 内部ヒータ
Ｗ 基板

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】