(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウェハを支持する支持台と、
直流アーク放電によって発生された熱プラズマジェットを前記半導体ウェハに照射するプラズマ源と、
前記支持台を回転させるとともに前記支持台を前記半導体ウェハの径方向に移動させる回転／移動手段とを備え、
前記回転／移動手段は、前記支持台を回転させながら前記支持台を前記半導体ウェハの径方向に移動させ、
前記プラズマ源は、前記熱プラズマジェットの照射位置が前記半導体ウェハの外周側の縁から一定の距離にある位置に達したとき、前記熱プラズマジェットの発生を停止し、または前記半導体ウェハから遠ざけられ、
前記半導体ウェハの外周側の縁から一定の距離にある位置は、前記半導体ウェハの中心を含み、かつ、前記半導体ウェハが目的の温度以上に加熱されるように前記熱プラズマジェットが照射される照射領域よりも前記半導体ウェハの外周側に配置される、半導体処理装置。
【請求項２】
前記半導体ウェハに近接して配置され、前記半導体ウェハを加熱する加熱ヒータを更に備える、請求項１に記載の半導体処理装置。
【請求項３】
前記加熱ヒータは、前記半導体ウェハの径方向に沿って形成された切欠部を含み、
前記回転／移動手段は、前記熱プラズマジェットが前記切欠部に沿って前記半導体ウェハに照射されるように前記支持台を前記半導体ウェハの径方向に移動させる、請求項２に記載の半導体処理装置。
【請求項４】
前記切欠部を介して前記熱プラズマジェットの照射位置における前記半導体ウェハの温度を測定する温度計を更に備え、
前記回転／移動手段は、前記温度計によって測定された温度が前記半導体ウェハの面内方向においてほぼ均一になるように前記支持台を回転させるとともに前記支持台を前記半導体ウェハの径方向に移動させる、請求項３に記載の半導体処理装置。
【請求項５】
前記プラズマ源を前記半導体ウェハの法線方向に移動させる移動手段を更に備え、
前記移動手段は、前記支持台の角速度が一定であるとき、前記熱プラズマジェットの照射位置が前記半導体ウェハの外周側へ移動するに従って前記プラズマ源を前記半導体ウェハに近づける、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の半導体処理装置。
【請求項６】
前記回転／移動手段は、前記熱プラズマジェットの照射位置が前記半導体ウェハの外周側へ移動するに従って前記支持台の角速度が低くなるように前記支持台を回転させる、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の半導体処理装置。
【請求項７】
前記回転／移動手段は、前記熱プラズマジェットがリング状に前記半導体ウェハに照射される角速度で前記支持台を回転させる、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の半導体処理装置。
【請求項８】
前記半導体ウェハは、シリコンカーバイド結晶からなる、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の半導体処理装置。
【請求項９】
直流アーク放電によって発生された熱プラズマジェットを半導体ウェハに照射する第１の工程と、
前記半導体ウェハを支持する支持台を回転させるとともに、前記熱プラズマジェットが前記半導体ウェハの径方向に照射されるように前記支持台を前記半導体ウェハの径方向に移動させる第２の工程と、
前記熱プラズマジェットの照射位置が前記半導体ウェハの外周側の縁から一定の距離にある位置に達したとき前記熱プラズマジェットの発生を停止し、または前記熱プラズマジェットを前記半導体ウェハから遠ざける第３の工程とを備え、
前記半導体ウェハの外周側の縁から一定の距離にある位置は、前記半導体ウェハの中心を含み、かつ、前記半導体ウェハが目的の温度以上に加熱されるように前記熱プラズマジェットが照射される照射領域よりも前記半導体ウェハの外周側に配置される、半導体処理方法。
【請求項１０】
前記半導体ウェハに近接して配置された加熱ヒータによって前記半導体ウェハを加熱する第４の工程を更に備える、請求項９に記載の半導体処理方法。
【請求項１１】
前記第２の工程において、前記支持台は、前記半導体ウェハの径方向に沿って前記加熱ヒータに形成された切欠部に沿って前記熱プラズマジェットが前記半導体ウェハに照射されるように前記半導体ウェハの径方向に移動される、請求項１０に記載の半導体処理方法。
【請求項１２】
前記切欠部を介して前記熱プラズマジェットの照射位置における前記半導体ウェハの温度を測定する第５の工程を更に備え、
前記第２の工程において、前記支持台は、前記第５の工程において測定された温度が前記半導体ウェハの面内方向においてほぼ均一になるように回転されるとともに前記半導体ウェハの径方向に移動される、請求項１１に記載の半導体処理方法。
【請求項１３】
前記支持台の角速度が一定であるとき、前記第２の工程において、前記噴出口と前記半導体ウェハとの距離は、前記熱プラズマジェットの照射位置が前記半導体ウェハの外周側へ移動するに従って短く設定される、請求項９から請求項１１のいずれか１項に記載の半導体処理方法。
【請求項１４】
前記噴出口と前記半導体ウェハとの距離が一定である場合、前記第２の工程において、前記支持台は、前記熱プラズマジェットの照射位置が前記半導体ウェハの外周側へ移動するに従って角速度が低くなるように回転される、請求項９から請求項１１のいずれか１項に記載の半導体処理方法。
【請求項１５】
前記第２の工程において、前記支持台は、前記熱プラズマジェットがリング状に前記半導体ウェハに照射される角速度で回転される、請求項９から請求項１１のいずれか１項に記載の半導体処理方法。
【請求項１６】
前記半導体ウェハは、シリコンカーバイド結晶からなる、請求項９から請求項１５のいずれか１項に記載の半導体処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、半導体処理装置および半導体処理方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在、パワーデバイスへの応用を目指し、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）結晶のプロセス技術が盛んに研究されている。
【０００３】
中でも、ハイスループットの高温熱処理技術の開発が重要課題の一つとなっていることから、急速熱処理手法としての大気圧熱プラズマジェット（Ｔｈｅｒｍａｌ−Ｐｌａｓｍａ−Ｊｅｔ：ＴＰＪ）照射技術が注目されている（非特許文献１）。
【０００４】
そして、大気圧熱プラズマジェット照射技術を用いてＳｉＣ基板の急速熱処理を行った結果、基板温度は、６８０℃に達した（非特許文献２）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】S. Higashi et. al., Jpn. J. Appl. Phys. 44(2005) L 108.
【非特許文献２】R. Ashihara et. Al., Proc. 33rdInt. Symp. Dry Process (2011) 157.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、熱プラズマジェットを横方向に走査させる方法では、ＳｉＣ基板の端部における熱応力に起因するＳｉＣ基板の破損が発生するとともに、ＳｉＣ基板を処理するためには、６８０℃では低いという問題がある。
【０００７】
そこで、この発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、その目的は、ＳｉＣ基板の破損を抑制してＳｉＣ基板を高温に加熱可能な半導体処理装置を提供することである。
【０００８】
また、この発明の別の目的は、ＳｉＣ基板の破損を抑制してＳｉＣ基板を高温に加熱可能な半導体処理方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明の実施の形態によれば、半導体処理装置は、支持台と、プラズマ源と、回転／移動手段とを備える。支持台は、半導体ウェハを支持する。プラズマ源は、直流アーク放電によって発生された熱プラズマジェットを半導体ウェハに照射する。回転／移動手段は、支持台を回転させながら支持台を半導体ウェハの径方向に移動させる。プラズマ源は、熱プラズマジェットの照射位置が半導体ウェハの外周側の縁から一定の距離にある位置に達したとき、熱プラズマジェットの発生を停止し、または半導体ウェハから遠ざけられる。
【００１０】
また、この発明の実施の形態によれば、半導体処理方法は、直流アーク放電によって発生された熱プラズマジェットを半導体ウェハに照射する第１の工程と、半導体ウェハを支持する支持台を回転させるとともに、熱プラズマジェットが半導体ウェハの径方向に照射されるように支持台を半導体ウェハの径方向に移動させる第２の工程と、熱プラズマジェットの照射位置が半導体ウェハの外周側の縁から一定の距離にある位置に達したとき熱プラズマジェットの発生を停止し、または熱プラズマジェットを半導体ウェハから遠ざける第３の工程とを備える。
【発明の効果】
【００１１】
この発明の実施の形態による半導体処理装置は、半導体ウェハを回転させるとともに半導体ウェハを径方向に移動させながら熱プラズマジェットを半導体ウェハの径方向へ向かって半導体ウェハに照射する。そして、半導体処理装置は、熱プラズマジェットの照射位置が半導体ウェハの外周側の縁から一定の距離にある位置に達すると、熱プラズマジェットを停止し、または熱プラズマジェットを半導体ウェハから遠ざける。その結果、熱プラズマジェットは、半導体ウェハに螺旋状に照射され、半導体ウェハは、径方向に沿って徐々に１８００℃以上に加熱される。また、半導体ウェハの外周端における応力に起因する半導体ウェハの割れの発生が抑制される。
【００１２】
従って、半導体ウェハの破損を抑制して半導体ウェハを高温に加熱できる。
【００１３】
また、この発明の実施の形態による半導体処理方法は、半導体ウェハを回転させるとともに半導体ウェハを径方向に移動させながら熱プラズマジェットを半導体ウェハの径方向へ向かって半導体ウェハに照射する。そして、半導体処理方法は、熱プラズマジェットの照射位置が半導体ウェハの外周側の縁から一定の距離にある位置に達すると、熱プラズマジェットを停止し、または熱プラズマジェットを半導体ウェハから遠ざける。
【００１４】
従って、上述した機構によって、半導体ウェハの破損を抑制して半導体ウェハを高温に加熱できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】この発明の実施の形態による半導体処理装置の構成図である。
【図２】図１に示す支持台および板部材の斜視図である。
【図３】図２に示す支持部材の拡大図である。
【図４】熱伝導率と、温度との関係を示す図である。
【図５】熱プラズマジェットのウェハへの照射方法を説明するための図である。
【図６】図１に示す半導体処理装置を用いたウェハの加熱実験の結果を示す図である。
【図７】熱プラズマジェットを照射したときの写真を示す図である。
【図８】図１に示す半導体処理装置を用いたウェハの他の加熱実験の結果を示す図である。
【図９】この発明の実施の形態による半導体処理方法を示すフローチャートである。
【図１０】この発明の実施の形態による他の半導体処理装置の構成図である。
【図１１】ウェハの裏面側から見た加熱ヒータの平面図である。
【図１２】加熱ヒータの側面図である。
【図１３】この発明の実施の形態による他の半導体処理方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。
【００１７】
図１は、この発明の実施の形態による半導体処理装置の構成図である。図１を参照して、この発明の実施の形態による半導体処理装置１００は、架台１と、アクチュエータ２と、プラズマ源１０と、測定装置３０と、制御装置４０と、支持台５０と、回転手段６０と、移動手段７０と、温度計８０とを備える。
【００１８】
アクチュエータ２は、一方端が架台１に固定され、他方端がプラズマ源１０に連結される。
【００１９】
プラズマ源１０は、陽極１１と、絶縁体１２と、導体１３と、陰極１４と、ガス導入管１５と、給水管１６と、排出管１７と、電源回路２０とを含む。
【００２０】
陽極１１は、概略、中空の円筒形状からなり、支持台５０側に噴出口１８を有する。また、陽極１１は、その内部に中空部分１９を有する。そして、陽極１１は、例えば、熱伝導率が高い銅（Ｃｕ）を主成分とする金属からなる。
【００２１】
絶縁体１２は、陽極１１と導体１３との間に陽極１１および導体１３に接して配置される。そして、絶縁体１２は、例えば、アルミナおよびセラミックス等からなる。
【００２２】
導体１３は、略十字形状を有する。そして、導体１３のうち、水平方向ＤＲ１に配置された部分は、絶縁体１２に接して配置される。また、導体１３のうち、上下方向ＤＲ２に配置された部分は、陽極１１の噴出口１８の方向へ突出するとともに、一方端が尖っており、他方端がアクチュエータ２に連結されている。さらに、導体１３は、陰極１４を挿入するための孔を有する。そして、導体１３は、例えば、Ｃｕからなる。
【００２３】
絶縁体１２が陽極１１および導体１３に接するように配置されることによって、内部空間２１が形成される。
【００２４】
陰極１４は、導体１３に挿入されるとともに、一方端側が導体１３から露出する。また、陰極１４は、その一方端が噴出口１８に向かって尖っている。そして、陰極１４は、例えば、酸化ランタンを微量に添加したタングステンからなる。
【００２５】
ガス導入管１５は、その一方端側が陽極１１を貫通して内部空間２１に達するように陽極１１に固定される。そして、ガス導入管１５は、アルゴン（Ａｒ）ガスを保持するガスボンベ（図示せず）に連結されている。給水管１６は、その一方端側が陽極１１を貫通して中空部分１９に達するように陽極１１に固定される。排出管１７は、その一方端側が陽極１１を貫通して中空部分１９に達するように陽極１１に固定される。
【００２６】
噴出口１８は、例えば、２ｍｍφの直径を有する。電源回路２０は、陽極１１と陰極１４との間に電気的に接続される。測定装置３０は、その底面３０Ａが陽極１１の底面１１Ａに一致するように陽極１１の外周面に設置される。
【００２７】
支持台５０は、板部材１１０に固定される。そして、支持台５０は、支持部材５１と、歯車５２と、ベアリング５３と、枠部材５４とを含む。
【００２８】
支持部材５１は、ドーナツ形状を有し、支持具５１１を有する。支持具５１１は、ＳｉＣ結晶からなるウェハ９０を点接触によって支持する。
【００２９】
歯車５２は、支持部材５１に連結される。ベアリング５３は、支持部材５１と枠部材５４との間に配置される。枠部材５４は、支持部材５１を囲むように円形の開口部を有し、その開口部内においてベアリング５３を介して支持部材５１を支持する。そして、枠部材５４は、板部材１１０に固定されている。
【００３０】
回転手段６０は、モータ６１と、歯車６２とを含む。モータ６１は、固定部材（図示せず）を介して板部材１１０に固定されている。また、モータ６１は、シャフト６１１によって歯車６２に連結されている。歯車６２は、モータ６１のシャフト６１１に連結され、支持台５０の歯車５２に噛み合っている。
【００３１】
板部材１２０は、板部材１１０と直交するように板部材１１０に連結されている。
【００３２】
移動手段７０は、凹凸部材７１と、歯車７２と、モータ７３とを含む。凹凸部材７１は、断面形状が三角形からなり、板部材１２０に固定される。歯車７２は、固定部材（図示せず）によって架台１に固定されており、凹凸部材７１に噛み合う。
【００３３】
モータ７３は、固定部材（図示せず）によって架台１に固定されており、そのシャフトは、歯車７２に連結されている。
【００３４】
温度計８０は、ウェハ９０を中心としてプラズマ源１０と反対側に配置され、架台１に固定される。そして、温度計８０は、支持部材５１の水平方向ＤＲ１における軸Ｘ上に配置される。その結果、温度計８０の測定点は、プラズマ源１０が照射する熱プラズマジェットの照射位置と一致する。
【００３５】
アクチュエータ２は、制御装置４０から電圧が印加されると、上下方向ＤＲ２に伸縮し、プラズマ源１０を上下方向ＤＲ２へ移動させる。
【００３６】
プラズマ源１０は、電源回路２０から直流電圧が印加され、ガス導入口１５からＡｒガスが内部空間２１へ供給されると、直流アーク放電によって熱プラズマジェットを発生する。そして、プラズマ源１０は、その発生した熱プラズマジェットを噴出口１８からウェハ９０に照射する。
【００３７】
ガス導入管１５は、Ａｒガスをガスボンベ（図示せず）からプラズマ源１０の内部空間２１へ供給する。この場合、内部空間２１は、大気圧に設定される。
【００３８】
給水管１６は、冷却水を陽極１１の中空部分１９へ供給する。排出管１７は、陽極１１の中空部分１９から冷却水を排出する。
【００３９】
電源回路２０は、陽極１１がプラスになり、陰極１４がマイナスになるように、直流電圧を陽極１１−陰極１４間に印加する。
【００４０】
測定装置３０は、制御装置４０からの制御に従って、支持台５０によって支持されたウェハ９０と噴出口１８との距離ｄを測定する。より具体的には、測定装置３０は、レーザ変位計からなり、レーザ光をウェハ９０に照射したときに発生するレーザ光の干渉に基づいてウェハ９０と噴出口１８との距離ｄを測定する。距離ｄが半波長分変わると、干渉波が１振動するので、測定装置３０は、干渉波の振動数を検出して距離ｄを測定する。そうすると、測定装置３０は、その測定した距離ｄを制御装置４０へ出力する。
【００４１】
制御装置４０は、信号ＤＳを測定装置３０へ出力する。また、制御装置４０は、距離ｄを測定装置３０から受け、その受けた距離ｄに基づいて、噴出口１８とウェハ９０との距離ｄが所望の距離に設定されるように、アクチュエータ２に電圧を印加する。
【００４２】
また、制御装置４０は、温度計８０からウェハ９０の温度を受け、その受けた温度に基づいて、ウェハ９０の面内方向における温度が均一になるようにモータ６１の回転数を制御するとともに支持台５０を水平方向ＤＲ１へ移動させるようにモータ７３を制御する。
【００４３】
半導体処理装置１００においては、噴出口１８とウェハ９０との距離ｄは、例えば、０．５ｍｍ〜２０ｍｍに設定される。制御装置４０は、測定装置３０によって測定された距離ｄが０．５ｍｍ〜２０ｍｍになるように電圧をアクチュエータ２に印加する。
【００４４】
回転手段６０は、モータ６１が駆動することによって歯車６２を介して歯車５２を軸Ｘの回りに所望の角速度ωで回転させる。その結果、支持部材５１は、ウェハ９０を支持した状態で軸Ｘの回りに所望の角速度ωで回転する。
【００４５】
また、移動手段７０は、モータ７３が駆動することによって歯車７２を時計方向または反時計方向に回転させる。その結果、支持台５０および回転手段６０は、水平方向ＤＲ１へ移動する。
【００４６】
温度計８０は、放射温度計の原理によってウェハ９０の温度を測定し、その測定した温度を制御装置４０へ出力する。
【００４７】
半導体処理装置１００は、プラズマ源１０によって熱プラズマジェットを発生し、その発生した熱プラズマジェットをウェハ９０に照射することによって、ＳｉＣ結晶を処理する。
【００４８】
なお、図１においては、図示されていないが、陰極１４も、陽極１１と同じ方法によって冷却されている。
【００４９】
図２は、図１に示す支持台５０および板部材１１０の斜視図である。図２の（ａ）は、温度計８０側から見た斜視図であり、図２の（ｂ）は、プラズマ源１０側から見た斜視図である。
【００５０】
図２を参照して、枠部材５４は、板部材１１０に固定されており、モータ６１も、板部材１１０に固定されている。そして、支持部材５１は、歯車５２に連結されており、歯車５２は、枠部材５４によって支持されている。また、歯車５２は、モータ６１のシャフト６１１に連結された歯車６２に噛み合っている（（ａ）参照）。
【００５１】
支持部材５１は、枠部材５４の開口部に嵌め込まれており、ドーナツ形状を有する。そして、３個の支持具５１１は、支持部材５１の円周に沿って配置され、支持部材５１に連結されている（（ｂ）参照）。
【００５２】
図３は、図２に示す支持部材５１の拡大図である。図３を参照して、支持具５１１は、ウェハ９０の周縁部の一部をウェハ９０の厚み方法から挟み込むことによってウェハ９０を支持する。より具体的には、支持具５１１のウェハ９０側の表面には、ウェハ９０の厚みに相当する幅の溝が設けられており、支持具５１１は、ウェハ９０を溝に嵌め込むことによってウェハ９０を支持する。
【００５３】
図４は、熱伝導率と、温度との関係を示す図である。図４において、縦軸は、ＳｉＣ結晶の熱伝導率を表し、横軸は、絶対温度を表す。
【００５４】
図４を参照して、ＳｉＣ結晶の熱伝導率Ｋは、ＳｉＣ結晶の温度が上昇するに従って小さくなる。ウェハ９０は、直径が４〜６インチである。従って、熱プラズマジェットを用いてウェハ９０の一部を１０００℃以上に加熱できても、ＳｉＣ結晶の熱伝導率の低下によって、熱がウェハ９０の面内方向へ伝達し難い。
【００５５】
そこで、ウェハ９０の面内方向において均一性良くウェハ９０を１０００℃以上に加熱するために、発明者等は、以下に説明する加熱方法を考案するに到った。
【００５６】
図５は、熱プラズマジェットのウェハ９０への照射方法を説明するための図である。図５を参照して、プラズマ源１０は、熱プラズマジェットを発生し、その発生した熱プラズマジェットをウェハ９０の中心Ｏに照射する。また、回転手段６０は、角速度ωが１〜１００ｒａｄ／ｓになるように支持台５０を反時計回りに回転させるとともに、移動手段７０は、熱プラズマジェットがウェハ９０の中心Ｏから外周側へ照射されるように、支持台５０および板部材１１０をウェハ９０の径方向（水平方向ＤＲ１と同じ方法）へ移動させる。
【００５７】
その結果、熱プラズマジェットは、螺旋状の軌道ＰＪＸに沿ってウェハ９０に照射される。
【００５８】
そして、この発明の実施の形態においては、熱プラズマジェットをウェハ９０の領域ＲＥＧ１に照射しない。領域ＲＥＧ１は、ウェハ９０の外周側の縁から３〜５ｍｍの幅を有する領域である。
【００５９】
従って、熱プラズマジェットの照射位置が領域ＲＥＧ１の内周端に到達したとき、プラズマ源１０は、熱プラズマジェットの発生を停止し、または制御装置４０は、熱プラズマジェットがウェハ９０から離れるようにアクチュエータ２を介してプラズマ源１０を上下方向ＤＲ２へ移動させる。
【００６０】
このように、熱プラズマジェットを領域ＲＥＧ１に照射しないのは、ＳｉＣ結晶が破損する原因がＳｉＣ結晶の外周端部に発生する応力にあるため、熱プラズマジェットを領域ＲＥＧ１に照射しないようにしてＳｉＣ結晶の外周端部における応力の発生を抑制するためである。
【００６１】
図６は、図１に示す半導体処理装置１００を用いたウェハ９０の加熱実験の結果を示す図である。
【００６２】
図６の（ａ）〜（ｄ）において、縦軸は、ウェハ９０の温度を表し、横軸は、熱プラズマジェットの照射時間を表す。また、図６の（ａ）〜（ｄ）において、ｒは、ウェハ９０の径におけるウェハ９０の中心Ｏからの距離を表す。更に、図６の（ａ）〜（ｄ）において、熱プラズマジェットは、陽極１１と陰極１４との間に印加される直流電力が１．７ｋＷであり、Ａｒガスの流量が７．０Ｌ／ｍｉｎである条件を用いて発生された。更に、図６の（ａ）〜（ｄ）において、ウェハ９０は、１．０ｒａｄ／ｓの角速度ωで回転された。
【００６３】
図６の（ａ）において、曲線ｋ１は、噴出口１８とウェハ９０との距離が８ｍｍであるときのウェハ９０の温度と熱プラズマジェットの照射時間との関係を示す。
【００６４】
図６の（ｂ）において、曲線ｋ２は、噴出口１８とウェハ９０との距離が８ｍｍであるときのウェハ９０の温度と熱プラズマジェットの照射時間との関係を示し、曲線ｋ３は、噴出口１８とウェハ９０との距離が１０ｍｍであるときのウェハ９０の温度と熱プラズマジェットの照射時間との関係を示し、曲線ｋ４は、噴出口１８とウェハ９０との距離が１２ｍｍであるときのウェハ９０の温度と熱プラズマジェットの照射時間との関係を示す。
【００６５】
図６の（ｃ）において、曲線ｋ５は、噴出口１８とウェハ９０との距離が８ｍｍであるときのウェハ９０の温度と熱プラズマジェットの照射時間との関係を示し、曲線ｋ６は、噴出口１８とウェハ９０との距離が１０ｍｍであるときのウェハ９０の温度と熱プラズマジェットの照射時間との関係を示し、曲線ｋ７は、噴出口１８とウェハ９０との距離が１２ｍｍであるときのウェハ９０の温度と熱プラズマジェットの照射時間との関係を示す。
【００６６】
図６の（ｄ）において、曲線ｋ８は、噴出口１８とウェハ９０との距離が８ｍｍであるときのウェハ９０の温度と熱プラズマジェットの照射時間との関係を示し、曲線ｋ９は、噴出口１８とウェハ９０との距離が１０ｍｍであるときのウェハ９０の温度と熱プラズマジェットの照射時間との関係を示し、曲線ｋ１０は、噴出口１８とウェハ９０との距離が１２ｍｍであるときのウェハ９０の温度と熱プラズマジェットの照射時間との関係を示す。
【００６７】
なお、図６の（ａ）〜（ｄ）のいずれにおいても、ウェハ９０の破損は観測されていない。
【００６８】
図６を参照して、ウェハ９０の温度は、熱プラズマジェットの照射位置がウェハ９０の中心Ｏであるとき（即ち、ｒ＝０であるとき）、最も高く、熱プラズマジェットの照射位置がウェハ９０の中心Ｏから外周側へずれるに従って低くなる（曲線ｋ１，ｋ２，ｋ５，ｋ８参照）。熱プラズマジェットの照射位置がウェハ９０の中心Ｏから外周側へずれるほど、ウェハ９０の温度が低くなるのは、熱プラズマジェットの照射位置がウェハ９０の中心Ｏから外周側へずれるほど、ウェハ９０の角速度ωが一定（＝１ｒａｄ／ｓ）であるのでウェハ９０の回転速度ｖ（＝ｒ×ω）が速くなり、熱プラズマジェットがウェハ９０に照射される時間が短くなるためである。
【００６９】
そして、ウェハ９０の温度は、噴出口１８とウェハ９０との距離が８ｍｍであり、熱プラズマジェットがウェハ９０の中心Ｏに照射されたとき、最高で１２７０℃に達した。
【００７０】
また、ウェハ９０の温度は、噴出口１８とウェハ９０との距離が短くなるに従って上昇する（曲線ｋ２〜ｋ４，ｋ５〜ｋ７，ｋ８〜ｋ１０参照）。
【００７１】
より詳細には、熱プラズマジェットの各照射位置（ｒ＝５，１０，１５ｍｍ）において、噴出口１８とウェハ９０との距離が１２ｍｍから１０ｍｍへ短くなると、ウェハ９０の温度は、約２００℃上昇し、噴出口１８とウェハ９０との距離が１０ｍｍから８ｍｍへ短くなると、ウェハ９０の温度は、約４００℃上昇する。
【００７２】
このように、ウェハ９０の温度は、噴出口１８とウェハ９０との距離が短くなるに従って指数関数的に上昇する。
【００７３】
従って、噴出口１８とウェハ９０との距離を８ｍｍから更に短くすることによって、ウェハ９０の温度を１８００℃以上に上昇させることができる。
【００７４】
また、熱プラズマジェットを発生するときの直流電力を大きくすることによって、または熱プラズマジェットを発生するときのＡｒガスの流量を増加することによって、ウェハ９０の温度を１８００℃以上に上昇させることができる。
【００７５】
このように、ウェハ９０の破損を防止し、ウェハ９０の温度を１８００℃以上に上昇させるために、ウェハ９０を角速度ωで回転させながら熱プラズマジェットの照射位置をウェハ９０の中心Ｏから外周側へ移動させる。
【００７６】
そして、ウェハ９０の面内方向における温度を均一にするために、角速度ωが一定であるとき、熱プラズマジェットの照射位置がウェハ９０の外周へ移動するに従って噴出口１８とウェハ９０との距離を短くする。
【００７７】
また、ウェハ９０の面内方向における温度を均一にするために、噴出口１８とウェハ９０との距離が一定であるとき、熱プラズマジェットの照射位置がウェハ９０の外周へ移動するに従って角速度ωを低下させる。
【００７８】
図７は、熱プラズマジェットを照射したときの写真を示す図である。図７を参照して、１０ｒａｄ／ｓの角速度ωでウェハ９０を回転させた場合、ウェハ９０は、リング状に加熱されることが解る。そして、各距離ｒにおいて、最も温度が高い部分は、熱プラズマジェットが照射されている位置である。また、熱プラズマジェットによってリング状に処理している領域の内側は、熱の逃げ場が無いため、温度が上がり易く、熱プラズマジェットによってリング状に処理している領域の外側は、熱が拡散できる面積が広いので直ぐに温度が下がる。
【００７９】
図８は、図１に示す半導体処理装置１００を用いたウェハ９０の他の加熱実験の結果を示す図である。
【００８０】
図８において、縦軸は、ウェハ９０の温度を表し、横軸は、熱プラズマジェットの照射時間を表す。また、曲線ｋ１１〜ｋ１６は、それぞれ、熱プラズマジェットの照射位置がウェハ９０の中心Ｏから２．５ｍｍ、５．０ｍｍ、１０ｍｍ、１５ｍｍ、２０ｍｍおよび３０ｍｍであるときのウェハ９０の温度と熱プラズマジェットの照射時間との関係を示す。更に、図８に示すウェハ９０の温度と熱プラズマジェットの照射時間との関係は、陽極１１と陰極１４との間に印加される直流電力が１．６〜１．８（ｋＷ）であり、角速度ωが１０ｒａｄ／ｓであるときのウェハ９０の温度と熱プラズマジェットの照射時間との関係である。
【００８１】
更に、熱プラズマジェットの照射位置がウェハ９０の外周側へ移動するに従って、噴出口１８とウェハ９０との距離ｄは、短く設定された。ウェハ９０の中心Ｏから熱プラズマジェットの照射位置までの距離ｒと、噴出口１８とウェハ９０との距離ｄとの関係は、表１に示すとおりである。
【００８２】
【表１】
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【００８３】
表１に示すように、噴出口１８とウェハ９０との距離ｄは、ウェハ９０の中心Ｏから熱プラズマジェットの照射位置までの距離ｒが大きくなるに従って（即ち、熱プラズマジェットの照射位置がウェハ９０の外周側へ移動するに従って）、短く設定された。
【００８４】
図８を参照して、熱プラズマジェットの照射位置がウェハ９０の中心Ｏから２．５ｍｍであるとき、ウェハ９０の温度は、約５０秒で最高温度に達するが、熱プラズマジェットの照射位置がウェハ９０の中心Ｏから５ｍｍ以上になると、ウェハ９０の温度が最高温度に達するまでの時間は、徐々に長くなる（曲線ｋ１１〜ｋ１６参照）。
【００８５】
従って、ウェハ９０の外周側ほど、温度が上がり難いことが解った。
【００８６】
図８においては、熱プラズマジェットの照射位置がウェハ９０の外周側へ移動するに従って噴出口１８とウェハ９０との距離ｄを短くしているが、距離ｒが１０ｍｍ以上では、ウェハ９０の最高温度は、距離ｒが大きくなるに従って下がっている（曲線１３〜ｋ１６参照）。
【００８７】
従って、ウェハ９０の面内方向において均一な温度分布を実現するには、距離ｒが１０ｍｍ以上の場合、噴出口１８とウェハ９０との距離ｄを表１に示す値よりも小さい値に設定する必要がある。
【００８８】
このように、ウェハ９０を回転させるときの角速度ωを１０ｒａｄ／ｓに設定することによってウェハ９０をリング状に加熱できることが実証された。
【００８９】
図９は、この発明の実施の形態による半導体処理方法を示すフローチャートである。図９を参照して、ウェハ９０の処理が開始されると、回転手段６０は、ウェハ９０を所望の角速度で回転する（工程Ｓ１）。プラズマ源１０は、ウェハ９０の法線方向においてウェハ９０の中心Ｏから十分に離れた位置で上述した方法によって熱プラズマジェットを発生し、制御装置４０は、ウェハ９０の温度が所望の温度になるまでアクチュエータ２を介してプラズマ源１０（＝熱プラズマジェット）をウェハ９０に近づける（工程Ｓ２）。
【００９０】
そして、ウェハ９０の温度が所望の温度になると、移動手段７０は、制御装置４０からの制御に従って、支持台５０が回転された状態で熱プラズマジェットがウェハ９０の中心Ｏから外周側へ照射されるように支持台５０をウェハ９０の径方向へ移動させる（工程Ｓ３）。この場合、プラズマ源１０および温度計８０は、ウェハ９０の径方向へ移動しないが、ウェハ９０が径方向へ移動するので、熱プラズマジェットの照射位置および温度計８０による測定点は、相互に一致しながらウェハ９０の径方向へ移動する。
【００９１】
そして、温度計８０は、熱プラズマジェットの照射位置におけるウェハ９０の温度を測定して制御装置４０へ出力し、制御装置４０は、温度計８０から受けた温度に基づいて、ウェハ９０の温度が所望の温度のなるようにウェハ９０の回転数、ウェハ９０の径方向への移動速度および噴出口１８とウェハ９０との距離ｄを制御する（工程Ｓ４）。より具体的には、制御装置４０は、温度計８０によって測定された温度が所望の温度よりも高いとき、角速度ωが速くなるようにモータ６１の回転数を制御するとともに支持台５０の径方向への移動速度が速くなるようにモータ７３の回転数を制御し、または噴出口１８とウェハ９０との距離ｄが長くなるようにアクチュエータ２を制御するとともに支持台５０の径方向への移動速度が速くなるようにモータ７３の回転数を制御する。また、制御装置４０は、温度計８０によって測定された温度が所望の温度よりも低いとき、角速度ωが遅くなるようにモータ６１の回転数を制御するとともに支持台５０の径方向への移動速度が遅くなるようにモータ７３の回転数を制御し、または噴出口１８とウェハ９０との距離ｄが短くなるようにアクチュエータ２を制御するとともに支持台５０の径方向への移動速度が遅くなるようにモータ７３の回転数を制御する。
【００９２】
その後、熱プラズマジェットの照射位置がウェハ９０の外周側の縁から一定の距離にある位置に達したとき、プラズマ源１０は、熱プラズマジェットをオフし、または制御装置４０は、熱プラズマジェットがウェハ９０から遠ざかるようにアクチュエータ２を制御する（工程Ｓ５）。これによって、ウェハ９０の処理が終了する。
【００９３】
このように、この発明の実施の形態による半導体処理方法は、ＳｉＣ結晶からなるウェハ９０を回転させるとともにウェハ９０を径方向に移動させながら熱プラズマジェットをウェハ９０の中心から外周側へ向かってウェハ９０に照射する。そして、半導体処理方法は、熱プラズマジェットの照射位置がウェハ９０の外周側の縁から一定の距離にある位置に達すると、熱プラズマジェットの照射を停止する。その結果、熱プラズマジェットは、ウェハ９０に螺旋状に照射され、ウェハ９０は、中心から外周側へ向かって徐々に１８００℃以上に加熱される。また、ウェハ９０の外周端における応力の発生が抑制される。
【００９４】
従って、ＳｉＣ結晶からなるウェハ９０の破損を抑制してウェハ９０を高温に加熱できる。
【００９５】
そして、ウェハ９０を回転させるときの角速度ωが一定である場合、好ましくは、工程Ｓ４において、噴出口１８とウェハ９０との距離は、熱プラズマジェットの照射位置がウェハ９０の外周側へ移動するに従って短く設定される。
【００９６】
この場合、制御装置４０は、歯車７２を回転させるようにモータ７３を制御し始めてからの時間を計測し、その計測した時間にモータ７３の回転数を乗算してモータ７３の回転回数を取得し、その取得したモータ７３の回転回数を歯車７２の回転回数とする。その後、制御装置４０は、歯車７２の回転回数に歯車７２の円周長を乗算して支持台５０の移動距離を取得する。この移動距離は、熱プラズマジェットの照射位置のウェハ９０の中心Ｏからの距離ｒに等しい。
【００９７】
従って、制御装置４０は、上述した方法によって取得した距離ｒが大きくなるに従って、噴出口１８からウェハ９０までの距離ｄが短くなるようにアクチュエータ２に電圧を印加する。その結果、アクチュエータ２は、距離ｒが大きくなるに従って、上下方向ＤＲ２へ伸び、熱プラズマジェットは、ウェハ９０に近づく。
【００９８】
また、噴出口１８とウェハ９０との距離が一定であるとき、好ましくは、工程Ｓ４において、支持台５０は、熱プラズマジェットの照射位置がウェハの外周側へ移動するに従って角速度ωが低くなるように回転される。
【００９９】
この場合、制御装置４０は、上述した方法によって熱プラズマジェットの照射位置（＝距離ｒ）を取得し、その取得した熱プラズマジェットの照射位置（＝距離ｒ）がウェハ９０の外周側へ移動するに従って回転数を低くするようにモータ６１を制御する。
【０１００】
更に、好ましくは、工程Ｓ４において、支持台５０は、ウェハ９０の面内方向においてウェハ９０の温度が均一になるように回転され、かつ、ウェハ９０の径方向へ移動される。
【０１０１】
この場合、制御手段４０は、温度計８０が測定した温度が高くなれば、角速度ωが速くなるようにモータ６１を制御し、温度計８０が測定した温度が低くなれば、角速度ωが遅くなるようにモータ６１を制御する。また、制御手段４０は、温度計８０が測定した温度が高くなれば、噴出口１８とウェハ９０との距離が長くなるようにアクチュエータ２を制御し、温度計８０が測定した温度が低くなれば、噴出口１８とウェハ９０との距離が短くなるようにアクチュエータ２を制御する。
【０１０２】
更に、ウェハ９０をリング状に処理する場合、好ましくは、工程Ｓ４において、回転手段６０は、支持台５０を角速度ωｒ以上で回転させる。この角速度ωｒは、熱プラズマジェットの照射位置がリング状になるときの最低の角速度である。
【０１０３】
そして、この発明の実施の形態においては、ウェハ９０をリング状に処理する場合においても、ウェハ９０を回転させるときの角速度ωが一定である場合、噴出口１８とウェハ９０との距離は、熱プラズマジェットの照射位置がウェハ９０の外周側へ移動するに従って短く設定され、噴出口１８とウェハ９０との距離が一定であるとき、支持台５０は、熱プラズマジェットの照射位置がウェハの外周側へ移動するに従って角速度ωが低くなるように回転される。
【０１０４】
図１０は、この発明の実施の形態による他の半導体処理装置の構成図である。この発明の実施の形態による半導体処理装置は、図１０に示す半導体処理装置１００Ａであってもよい。
【０１０５】
図１０を参照して、半導体処理装置１００Ａは、図１に示す半導体処理装置１００に加熱ヒータ１３０を追加したものであり、その他は、半導体処理装置１００と同じである。
【０１０６】
加熱ヒータ１３０は、略円筒形の形状を有し、ウェハ９０に近接して支持台５０の内周側に配置される。そして、加熱ヒータ１３０は、板部材１１０に固定される。従って、加熱ヒータ１３０は、支持台５０とともにウェハ９０の径方向（＝水平方向ＤＲ１）に移動する。
【０１０７】
そして、加熱ヒータ１３０は、ウェハ９０を６００℃程度に加熱する。
【０１０８】
このように、半導体処理装置１００Ａは、加熱ヒータ１３０によってウェハ９０の全体を６００℃程度に加熱し、その６００℃程度に加熱されたウェハ９０に熱プラズマジェットを照射してウェハ９０を１８００℃以上に加熱する。従って、ウェハ９０を１８００℃以上に容易に加熱できる。
【０１０９】
図１１は、ウェハ９０の裏面側から見た加熱ヒータ１３０の平面図である。図１１を参照して、加熱ヒータ１３０は、切欠部１３１を有する。切欠部１３１は、ウェハ９０の径方向に沿って配置される。
【０１１０】
熱プラズマジェットは、切欠部１３１内においてウェハ９０の中心から距離ｒだけ離れた位置ＳＰに照射される。その結果、ウェハ９０の領域ＲＥＧ２が熱プラズマジェットによって加熱される。
【０１１１】
そして、ウェハ９０は、例えば、反時計回りに回転されながら矢印ＡＲＷ１の方向へ移動される。これによって、熱プラズマジェットを切欠部１３１内の一定の位置ＳＰに照射すれば、ウェハ９０の全体を１８００℃以上に加熱できる。
【０１１２】
図１２は、加熱ヒータ１３０の側面図である。図１２を参照して、プラズマ源１０は、加熱ヒータ１３０の切欠部１３１に対向するウェハ９０の部分に熱プラズマジェットＴＰＪを照射する。
【０１１３】
温度計８０は、加熱ヒータ１３０の切欠部１３１を介して、熱プラズマジェットＴＰＪの照射位置におけるウェハ９０の温度を測定する。このように、熱プラズマジェットＴＰＪの照射位置は、温度計８０による測定点と一致している。
【０１１４】
そして、プラズマ源１０および温度計８０は、架台１に固定されているので移動しない。ウェハ９０が径方向に移動することによって、熱プラズマジェットＴＰＪの照射位置および温度計８０による測定点は、相互に一致しながら、切欠部１３１に沿ってウェハ９０の径方向へ移動する。
【０１１５】
図１３は、この発明の実施の形態による他の半導体処理方法を示すフローチャートである。
【０１１６】
図１３に示すフローチャートは、図９に示すフローチャートに工程Ｓ０を追加したものであり、その他は、図９に示すフローチャートと同じである。
【０１１７】
図１３を参照して、半導体処理装置１００Ａを用いてウェハ９０の処理が開始されると、加熱ヒータ１３０は、ウェハ９０を６００℃以上に加熱し、ウェハ９０を予備加熱する（工程Ｓ０）。
【０１１８】
その後、上述した工程Ｓ１〜工程Ｓ５が順次実行され、ウェハ９０の処理が終了する。この場合、工程Ｓ２において、熱プラズマジェットＴＰＪは、加熱ヒータ１３０の切欠部１３１内の一定の位置ＳＰに照射される。また、温度計８０は、位置ＳＰにおけるウェハ９０の温度を測定する。
【０１１９】
また、工程Ｓ３，Ｓ４においては、プラズマ源１０および温度計８０は、ウェハ９０の径方向へ移動しないが、ウェハ９０が径方向へ移動するので、熱プラズマジェットの照射位置および温度計８０による測定点は、相互に一致しながら切欠部１３１内をウェハ９０の径方向へ移動する。
【０１２０】
半導体処理装置１００Ａにおいても、ウェハ９０を回転させるときの角速度ωが一定である場合、好ましくは、工程Ｓ４において、噴出口１８とウェハ９０との距離は、熱プラズマジェットの照射位置がウェハ９０の外周側へ移動するに従って短く設定される。
【０１２１】
また、噴出口１８とウェハ９０との距離が一定であるとき、好ましくは、工程Ｓ４において、支持台５０は、熱プラズマジェットの照射位置がウェハの外周側へ移動するに従って角速度ωが低くなるように回転される。
【０１２２】
更に、好ましくは、工程Ｓ４において、支持台５０は、ウェハ９０の面内方向においてウェハ９０の温度が均一になるように回転され、かつ、ウェハ９０の径方向へ移動される。
【０１２３】
この場合、制御手段４０は、温度計８０が測定した温度が高くなれば、角速度ωが高くなるようにモータ６１を制御し、温度計８０が測定した温度が低くなれば、角速度ωが低くなるようにモータ６１を制御する。また、制御手段４０は、温度計８０が測定した温度が高くなれば、噴出口１８とウェハ９０との距離が長くなるようにアクチュエータ２を制御し、温度計８０が測定した温度が低くなれば、噴出口１８とウェハ９０との距離が短くなるようにアクチュエータ２を制御する。
【０１２４】
更に、ウェハ９０をリング状に処理する場合、好ましくは、工程Ｓ１，Ｓ３，Ｓ４において、回転手段６０は、支持台５０を角速度ωｒ以上で回転させる。
【０１２５】
図１３に示すフローチャートに従ってウェハ９０を処理する場合、ウェハ９０は、加熱ヒータ１３０によって６００℃以上に予備加熱されるので、予備加熱を行わない場合よりも、熱プラズマジェットＴＰＪを用いてウェハ９０を１８００℃以上に容易に加熱できる。
【０１２６】
上述したように、半導体処理装置１００，１００Ａを用いれば、破損を抑制してウェハ９０を１８００℃以上に加熱できる。
【０１２７】
従って、ＳｉＣ結晶をアニールでき、またはＳｉＣ結晶中へイオン注入されたドーパントを電気的に活性化して接合を形成できる。つまり、半導体処理装置１００，１００Ａを用いれば、ＳｉＣ結晶を用いたパワーデバイスを容易に製造できる。
【０１２８】
なお、この発明の実施の形態による半導体処理装置は、半導体処理装置１００，１００Ａから温度計８０を削除したものであってもよい。温度計８０が無くても、破損を抑制してウェハ９０を１８００℃以上に加熱できるからである。
【０１２９】
また、この発明の実施の形態による半導体処理装置は、半導体処理装置１００，１００Ａからアクチュエータ２を削除したものであってもよい。プラズマ源１０を上下方向ＤＲ２へ移動させなくても、熱プラズマジェットを発生するときの直流電力またはＡｒガスの流量を制御することによって、ウェハ９０の温度を上昇させることができるからである。
【０１３０】
更に、上記においては、熱プラズマジェットは、ウェハ９０の中心Ｏから外周側へ向かってウェハ９０に照射されると説明したが、この発明の実施の形態においては、これに限らず、熱プラズマジェットは、ウェハ９０の外周側から中心Ｏへ向かって照射されてもよい。
【０１３１】
更に、上記においては、支持台５０は、３箇所でウェハ９０を支持すると説明したが、この発明の実施の形態においては、これに限らず、支持台５０は、ウェハ９０の領域ＲＥＧ１を覆うようにウェハ９０を支持してもよい。これによって、熱プラズマジェットが領域ＲＥＧ１に照射されなくなり、ウェハ９０の破損を更に抑制できる。
【０１３２】
更に、上記においては、半導体処理装置１００，１００Ａは、ＳｉＣ結晶からなるウェハ９０を処理すると説明したが、この発明の実施の形態においては、これに限らず、半導体処理装置１００，１００Ａは、シリコンウェハを上述した方法によって処理してもよく、一般的には、半導体ウェハを上述した方法によって処理してもよい。
【０１３３】
更に、この発明の実施の形態においては、回転手段６０および移動手段７０は、「回転／移動手段」を構成する。
【０１３４】
更に、制御装置４０およびアクチュエータ２は、「移動手段」を構成する。
【０１３５】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【０１３６】
この発明は、半導体処理装置および半導体処理方法に適用される。
【符号の説明】
【０１３７】
１  架台、２  アクチュエータ、１０  プラズマ源、１１  陽極、１２  絶縁体、１３  導体、１４  陰極、１５  ガス導入管、１６  給水管、１７  排出管、２０  電源回路、３０  測定装置、４０  制御装置、５０  支持台、５１  支持部材、５２，６２，７２  歯車、５３  ベアリング、５４  枠部材、６０  回転手段、６１，７３  モータ、７０  移動手段、７１  凹凸部材、８０  温度計、９０  ウェハ、１００，１００Ａ  半導体処理装置、１１０，１２０  板部材、１３０  加熱ヒータ、５１１  支持具。
【図１】
0005972605.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図７】
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