(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
物品（１３４）をその対象表面の処理のためにプラズマで処理する方法において、
静止状態のプラズマ源（１１４）でプラズマ（１２０）を発生する過程と、
前記物品を前記プラズマに出し入れするように動かす過程であって、前記物品を第１の角速度（Ｗ１）で第１の軸（１４０Ｘ）の周りでその第１の軸を前記第１の角速度の少なくとも１０分の１以下の平均値の角速度（Ｗ２）で第２の軸（１５０Ｘ）の周りで回転させながら回転させる過程を含む過程と
を含み、
前記第１の軸が前記物品から離れており、
前記物品の通過するプラズマ領域（１２０Ｆ）が細長い形状を備えていて前記対象表面よりも小さく、
前記物品が、前記プラズマによる処理を受ける点（１３４Ｃ）であって前記プラズマによる他の任意の処理対象点と同じにまたはそれ以上に前記第１の軸に近接している点（１３４Ｃ）を有し、前記第１の軸と前記点（１３４Ｃ）との間の第１の距離（Ｒ１）が前記プラズマ領域の長さの少なくとも２分の１（Ｐ１／２）以上であり、
前記第１の距離が前記第１の軸および前記第２の軸の間の第２の距離（Ｒ２）よりも小さく、
前記第２の距離から前記第１の距離を減算した値が、前記第２の軸と前記プラズマの対称軸（１６０）との間の第３の距離（ＬＰ）、すなわち前記第１および第２の距離の和よりも小さい第３の距離（ＬＰ）よりも小さく、
前記物品が、前記プラズマにより処理を受けるもう一つの点（１３４Ｆ）であって前記プラズマによる他の任意の処理対象点と同じにまたはそれ以上に前記第１の軸から離れているもう一つの点（１３４Ｆ）を有し、前記第２の距離（Ｒ２）と前記第３の距離（ＬＰ）との和が前記第１の軸および前記もう一つの点（１３４Ｆ）との間の第４の距離（ＬＳ）よりも大きい
方法。
【請求項２】
前記第２の距離が前記第４の距離よりも小さい請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記プラズマによる前記物品の処理が大気圧で行われる請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
前記物品の通過するプラズマ領域（１２０Ｆ）が楕円形または丸めた角部付きまたは丸めた角部なしの細長い長方形である請求項１、２または３記載の方法。
【請求項５】
前記第１の軸が前記第２の軸の周りを少なくとも２回転し、それら２回転の各々の期間中に前記プラズマが前記物品の表面上の互いに異なる経路を通る請求項１記載の方法。
【請求項６】
前記第２の軸の周りの前記第１の軸の前記２回転の各々において、前記物品が前記第１の軸の周りを少なくとも２回転し、前記第１の軸の周りの前記物品の前記２回転の一方の期間中に前記プラズマが通る前記物品の表面上の経路が、前記物品の前記第１の軸の周りの前記２回転の他方の期間中に前記プラズマが通る前記物品の表面上の経路と重複する請求項５記載の方法。
【請求項７】
前記第２の軸の周りの前記第１の軸の前記２回転の一方における前記物品の第１の角速度（Ｗ１）が前記第２の軸の周りの前記第１の軸の前記２回転の他方における前記物品の角速度と異なる請求項５または６記載の方法。
【請求項８】
前記第２の軸の周りの前記第１の軸の前記２回転の各々が、前記第２の軸に対する前記第１の軸の同一位置について前記物品の互いに異なる位置から開始される請求項５記載の方法。
【請求項９】
前記第１の軸が前記第２の軸の周りの経路の第１の部分を通じて動くに伴い、前記プラズマが前記物品の表面の上の第１の経路、すなわち処理中の前記物品の表面をカバーする第１の経路を通り、前記第１の軸が前記第２の軸の周りの経路の第２の部分を通じて動くに伴い、前記プラズマが前記物品の表面の上の第２の経路、すなわち処理中の前記物品の表面をカバーする第２の経路を通り、前記第１の経路が前記第２の経路と異なる請求項１記載の方法。
【請求項１０】
前記経路の前記第１の部分における前記物品の前記第１の角速度が前記経路の前記第２の部分における前記第２の角速度と異なる請求項９記載の方法。
【請求項１１】
前記経路の前記第１および第２の部分の各々において前記第１の軸が前記第２の軸の周りで約180゜だけ回転する請求項９記載の方法。
【請求項１２】
物品（１３４）をその対象表面の処理のためにプラズマで処理する装置において、
プラズマ（１２０）を発生する静止状態のプラズマ源（１１４）と、
前記物品を前記プラズマに出し入れするように動かすシステムであって、前記物品を第１の角速度（Ｗ１）で第１の軸（１４０Ｘ）の周りでその第１の軸を前記第１の角速度の少なくとも１０分の１以下の平均値の角速度（Ｗ２）で第２の軸（１５０Ｘ）の周りで回転させながら回転させるシステムと
を含み、
前記第１の軸（１４０Ｘ）が前記物品から離れており、
プラズマ足跡（１２０Ｆ）、すなわちプラズマによる処理の対象表面が前記プラズマと交叉するプラズマ断面であるプラズマ足跡が細長い形状を備えていて前記対象表面よりも小さく、
前記物品が、前記プラズマによる処理を受ける点（１３４Ｃ）であって前記プラズマによる他の任意の処理対象点と同じにまたはそれ以上に前記第１の軸に近接している点（１３４Ｃ）を有し、前記第１の軸と前記点（１３４Ｃ）との間の第１の距離（Ｒ１）が前記プラズマ領域の長さの少なくとも２分の１（Ｐ１／２）以上であり、
前記第１の距離が前記第１の軸および前記第２の軸の間の第２の距離（Ｒ２）よりも小さく、
前記第２の距離から前記第１の距離を減算した値が、前記第２の軸と前記プラズマの対称軸（１６０）との間の第３の距離（ＬＰ）、すなわち前記第１および第２の距離の和よりも小さい第３の距離（ＬＰ）よりも小さく、
前記物品が、前記プラズマにより処理を受けるもう一つの点（１３４Ｆ）であって前記プラズマによる他の任意の処理対象点と同じにまたはそれ以上に前記第１の軸から離れているもう一つの点（１３４Ｆ）を有し、前記第２の距離（Ｒ２）と前記第３の距離（ＬＰ）との和が前記第１の軸および前記もう一つの点（１３４Ｆ）との間の第４の距離（ＬＳ）よりも大きい
装置。
【請求項１３】
前記第２の距離が前記第４の距離よりも小さい請求項１２記載の装置。
【請求項１４】
前記物品の各々が半導体ダイまたはウェーハである請求項１乃至１１のいずれかに記載の方法。
【請求項１５】
前記物品の各々が半導体ダイまたはウェーハである請求項１２乃至１４のいずれかに記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は材料の処理に関し、とくに、プラズマ処理に関する。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】
プラズマ処理は材料の表面特性を修正するのに広く用いられている。すなわち、半導体集積回路の製造において堆積、エッチング、洗滌および高速アニールを行うのにプラズマが使われる。プラズマ利用の表面処理は外科手術用器具および工作機械の焼入れにも使われ、航空宇宙、自動車、鉄鋼、生物医学、および有毒廃棄物処理の各業界で用いられている。例えば、M. A. Lieberman および A. J.  Lichtenberg 共著「プラズマ放電の原理および材料処理」（1994年）第１頁を参照されたい。
【０００３】
プラズマ利用の処理の設計における通常の目標はターゲット表面（すなわちプラズマで処理する表面）の均質な処理である。均質処理を容易にするシステムの開発が求められている。
【０００４】
ターゲット物品とプラズマとを相対的に互いに動かすシステムもあり、この相対的動きの正確な制御を容易にすることが望ましい。また、ターゲット物品の受ける応力を減らしてその物品の損傷の可能性を減らすのが望ましい。
【０００５】
さらに、プラズマ処理システムの生産性を高める必要がある。プラズマ処理システムは、処理対象物品のロードおよび処理ずみ物品の取出しの際には遊休状態にある。プラズマシステムの遊休時間を減らす必要がある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明のいくつかの実施例は、ターゲット表面の均質処理を容易にするようにターゲット物品をプラズマに対して相対的に動かす方法および装置を提供する。より詳しくいうと、いくつかの実施例はターゲット物品の加速度を下げることによってプラズマに対するターゲット物品の動きの正確な制御を容易にする。加速度の低下によって、ターゲット物品にかかる応力も弱まる。
【０００７】
均質プラズマ処理を達成するにはプラズマを通り抜ける際のターゲット物品の速度を変える必要があることを発明者は見出した。この点については、例えば  Elekronnaya Tehnika, Ser.10, 5(71), 1988, 第30-32頁所載の Yu. M. Agrikovほか著「HIC（ハイブリッド集積回路）の動的プラズマ処理」を参照されたい。この論文をここに挙げてその内容をこの明細書に組み入れる。そのシステムでは、ターゲットの基板を大気圧に維持したチェンバ内でプラズマに出し入れする。その基板は水平面内で回転する水平アームで動かす。プラズマは基板の動く経路と交叉して垂直方向に流れる。プラズマの水平断面は処理中の基板表面よりも小さい。したがって、その表面全部を処理するためにプラズマ源を回転半径沿いに動かす。
【０００８】
基板上の諸点は回転軸から遠い方が近い方よりも速く動くので、回転軸から遠い方の諸点のプラズマに曝される時間は近い方の諸点よりも短くなり、処理の均質性が損なわれる。この問題に対する一つの解決手法は、プラズマ源の回転半径沿いの動きに伴って基板の角速度を変化させる手法である。すなわち、プラズマ源が回転軸から遠い位置にあるときは基板のプラズマ通過時間を長くするために上記角速度を下げるのである。
【０００９】
もう一つの手法はプラズマ源の速度を変化させる手法である。
【００１０】
いずれの手法も改良を要する。すなわち、基板の角速度を変化させる手法は加速度を伴い、その加速度のために角速度の正確な制御がより難しくなるのである。また、加速度のために基板に応力がかかり、そのために基板が例えば半導体ウェーハなど脆弱なものである場合は損傷を受けるのである。したがって、この解決手法については、基板角速度の変動を減らす必要がある。
【００１１】
プラズマ源の速度を変化させることも好ましくない。静止状態の周囲のガスに対してプラズマにかかる加速度がプラズマの特性を変動させ処理の均質性を損なうからである。処理を大気圧で行う場合は（DPTの場合のように）、プラズマ源の一定速度の動きでもプラズマの動きがごく低速でなければプラズマ制御を困難にする。したがって、プラズマ源の速度および加速度を下げ、できれば零まで下げるのが望ましい。
【００１２】
したがって、この発明のいくつかの実施例では、互いに異なる速度で動くターゲット表面の諸点のプラズマ中の走行距離を、より速く動いている点の走行距離がより長くなるように変動させる。その結果、ターゲット表面の諸点のうち高速走行中の諸点がプラズマ中にある時間と低速走行中の諸点がプラズマ中にある時間とが近似してくる。したがって、プラズマ処理均質化に必要な加速度を小さくできる。
【００１３】
プラズマ源を静止状態に保つ実施例もある。
【００１４】
また、いくつかの実施例では、この発明の利点を次のとおり達成する。すなわち、ターゲット物品を動かしながら曝すプラズマ流の断面を方向によって互いに異なる寸法にし、一方、ターゲット物品を互いに異なる方向に多数回プラズマ流を通過させ、高速走行中の諸点が低速走行中の諸点よりもプラズマ断面の長い方の寸法沿いにプラズマと交叉するようにするのである。その結果、物品の速度の変動を小さく抑えながら均質処理を行うことができる。
【００１５】
プラズマ源を静止状態に保ちターゲット物品がプラズマと交叉する向きを変動させる手法では、ターゲット物品が第１の軸を中心として回転しその第１の軸が第２の軸のまわりを回転するようにターゲット物品回転装置を駆動する。ターゲット物品・プラズマ交叉方向の変動は、上記第１の軸の互いに異なる位置でその交叉が起こるために得られる。
【００１６】
いくつかの実施例では、プラズマ処理システムの遊休時間の短縮を２個の物品ロード装置の採用によって達成する。プラズマ処理システムがターゲット物品１個または１ロットを処理している間にそのシステムの物品ローダ装置の片方を物品取出し準備完了の状態にできる。また、その片方のローダ装置に次の処理対象のターゲット物品１個または１ロットをロードできる。現在進行中の処理のサイクルか終わるとすぐに、処理ずみの物品を第１のローダ装置に取出し、その第１のローダそのものからの物品取出しの前に第２のローダ装置でプラズマ処理システムにロードする。一方、第１の物品ロード装置は例えば半導体ウェーハ用カセットなど適切な搬送先に処理ずみの物品を搬送し、その物品を取り外し、未処理物品のロードを受ける。同時に、このプラズマ処理システムは第２のロード装置からロードされた物品の処理を第１のロード装置を待つことなく開始する。次にこれら第１および第２のロード装置の役割は切り換わり、第２のロード装置がプラズマ処理システムからの物品の取外しを待ち第１のロード装置がプラズマ処理システムへの未処理物品のロード準備完了の状態になる。プラズマ処理システムは第１のロード装置の再ロードを待つ必要がないのでシステム遊休時間を短縮できる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
プラズマ処理システム１１０（図１）において、プラズマ源１１４は矢印で概括的に示したプラズマ噴流１２０を発生する。プラズマ噴流１２０はプラズマ源１１４の細長い開口１１４−Ｏを通じて上向きに垂直に流れる。開口１１４−Ｏを楕円形にした実施例もある。プラズマ噴流１２０の水平断面も楕円形である。開口１１４−Ｏおよびプラズマ水平断面の形状を角を丸めた長方形にした実施例もある。
【００１８】
カルーセル１２４は五つのホールダー１３０を備える。これらホールダー１３０の各々で物品１３４（図２）を保持し、その物品の下側表面をプラズマ噴流１２０で処理する。図１−図５の物品１３４は円形の半導体ウェーハであり、その平らな水平下側表面がプラズマ噴流１２０による処理の対象である。これら物品が円形でなく半導体ウェーハでもない実施例もある。半導体ウェーハを対象とするいくつかの実施例では、ホールダー１３０は例えば1996年７月18日発行のPCT公開第WO96/21943号公報「プラズマ噴流による平板状素子加工装置」（発明者 I. M. Tokmulin ほか）に記載された非接触ウェーハホールダーで構成し、上記公開公報をここに挙げてその内容全部をこの明細書に組み入れる。その種の実施例では、プラズマ処理は大気圧またはそれにごく近似した圧力の下で行われる。
【００１９】
ホールダー１３０によるウェーハの保持を真空式、静電気式、機械式などの手段で行う実施例もある。
【００２０】
システム１１０の実施例のあるものは１個またはそれ以外の個数のホールダー１３０を備える。
【００２１】
各ウェーハホールダー１３０は第１の角度駆動装置１４０のアーム１４０Ａに取り付ける。角度駆動装置１４０はウェーハを垂直軸１４０Ｘの周りで回転させる。
【００２２】
第１の角度駆動装置１４０を第２の駆動装置１５０のアーム１５０Ａに取り付ける。駆動装置１５０は垂直軸１５０Ｘの周りで回転する。
【００２３】
制御システム１５４は慣用の手段（例えばコンピュータ利用）で駆動装置１４０および１５０を制御する。
【００２４】
図２−図４の上面図はこの発明による処理の進行中における一つのウェーハ１３４の種々の位置を示す。
【００２５】
ある実施例では、処理の進行中プラズマ源１１４を動かさない。したがって、プラズマ噴流は静止状態に留まり、プラズマ噴流が空間の実質的静止領域を満たす。しかし、プラズマ源は、ターゲット１３４に対して処理要件の求める所望の位置（とくに所望の距離）に位置づけるように垂直方向および水平方向に処理前に動かすことができる。
【００２６】
プラズマ源のいくつかの例が1997年１月９日提出の O. Siniaguine 名義の米国特許出願第08/781,568号（対応日本特許出願特願平10-530959）「プラズマ発生およびプラズマによる材料の処理」に記載してあり、その出願をここに挙げてその内容をこの明細書に組み入れる。同様にPCT国際公開第WO92/12610号（1992年７月23日発行）、同第WO92/12273号（1992年７月23日発行）および同第WO96/21943号（1996年７月18日発行）も参照されたい。これら国際公開をここに挙げてその内容をこの明細書に組み入れる。
【００２７】
いくつかの実施例では角速度Ｗ１は一定であり制御しやすい。駆動装置１５０の角速度Ｗ２は角速度Ｗ１よりもかなり小さい。実施例によっては、駆動装置１５０の平均角速度Ｗ２は角速度Ｗ１の10分の１である。したがって、ウェーハ１３４は駆動装置１５０の１回転ごとにプラズマ噴流と多数回交叉する。
【００２８】
システム１１０を例えば上述の Yu. M. Agrikov 論文記載のような大気圧動作の動的プラズマ加工に用いた例もあり、それら例をここに挙げてこの明細書に組み入れる。角速度Ｗ１およびＷ２の制御は、プラズマ処理対象の諸点の直線速度がプラズマ熱の物品１３０中における伝達速度よりも大きくなるように行う。したがって、処理条件が、ターゲット表面全体をプラズマに同時に曝したときの条件に近似する。上述の実施例では、Ｗ１は毎秒約５乃至30回転の一定速度であり、Ｗ２はずっと小さく、その平均値がＷ１の少なくとも10分の１以下の例もある。
【００２９】
動的プラズマ加工は次の論文にも記載されており、これら論文をここに挙げてこの明細書に組み入れる。すなわち、Plazmohimiya-87, Part 2 （ソ連科学アカデミー Institut Neftehimicheskogo Sinteza im. A. V. Topchieva, Moskow,  1987）、第４頁−第13頁所載の P. P. Kulik 著「固体表面の動的プラズマ加工（DPT）」、および同一刊行物の第58頁−第96頁所載の Yu. M. Agrikov ほか著「固体表面の動的プラズマ加工方法実現の基礎」の二つの論文である。
【００３０】
プラズマ処理を真空中で行う例もある。
【００３１】
図１−図４において、参照数字１６０は開口１１４−Ｏおよびプラズマ噴流１２０の中心を通る垂直軸を示す。この軸１６０は開口１１４−Ｏ、プラズマ噴流１２０およびプラズマ源１１４の対称軸である。Ｒ１は軸１４０Ｘとウェーハ１３４の最近接端点１３４Ｃとの間の距離である（図２−図４における距離は別段の説明がない限り各点の水平面への投影の間の距離である）。LSは軸１４０Ｘとウェーハ１３４の最遠端点１３４Ｆとの間の距離である。Ｒ２は二つの軸１４０Ｘおよび１５０Ｘの間の距離である。LPは軸１５０Ｘとプラズマ噴流１２０の軸１６０との間の距離である。また、Ｐ１はウェーハ１３４の動く平面内のプラズマ断面、すなわち後述のプラズマ足跡１２０Ｆの長さでありＰ２はプラズマ足跡１２０Ｆの幅である。ここで、Ｒ１≧Ｐ１／２、Ｒ２＞Ｒ１、Ｒ２−Ｒ１＜ＬＰ＜Ｒ２＋Ｒ１、ＬＰ＋Ｒ２＞ＬＳの関係が保たれている。
【００３２】
参照数字１２０Ｆはウェーハ１３４の下側表面のレベルでのプラズマ噴流１２０の水平断面を示す。この断面は以下の説明では「プラズマ足跡」と呼ぶ。この楕円形の足跡の長軸を２１０で示し、短軸を２１４で示してある。軸２１４は軸２１０に垂直である。短軸２１４は図２−図４の上面において軸１６０、１５０Ｘと交わる軸２２０上にある。Ｐ１は足跡１２０Ｆの長さであり、Ｐ２は足跡の幅である。
【００３３】
図２−図４において、円２３４Ｃの各々は軸１４０Ｘのいくつかの位置についてのウェーハ点１３４Ｃの軌道である。点１３４Ｃおよび１３４Ｆの実際の軌道は、処理進行中の軸１４０Ｘの回転のために、円形ではない。しかし、駆動装置１５０の角速度が駆動装置１４０の角速度Ｗ１に対比して小さい実施例では、円２３４Ｃ、２３４Ｆは点１３４Ｃ、１３４Ｆの実際の軌道にかなりよく近似する。
【００３４】
図２において、円２４０は円２３４Ｆ全部の最小外接円である。角度θ（図３のθ１、図４のθ２）は軸２２０とアーム１５０Ａとの間（すなわち、軸２２０と垂直軸１５０Ｘおよび１４０Ｘに交叉する水平直線との間）の角度である。図２においては、θ＝０である。角度ψ（図３のψ１、図４のψ２）は(1)プラズマ足跡１２０Ｆの長軸２１０と(2)ウェーハ１３４上の所定点の軌道であって軸２１０と交叉する軌道との間の角度である。この所定点は点１３４Ｃと点１３４Ｆとを結ぶ直径上で選ぶ。図２（θ＝θ１）においては、この所定点は１３４Ｆであり、図４においては１３４Ｃである。互いに異なる角度θについて互いに異なるウェーハ点を選ぶ。角度θの値すべてにおいてプラズマ足跡と交叉するウェーハ点は一つもないからである。いくつかの実施例では、ウェーハ直径は100-300mm、足跡１２０Ｆの長さＰ１は50-150mm、足跡幅Ｐ２は20-50mm、Ｒ１は約20-100mm、LSは120-400mm、LPは150-300mmである。
【００３５】
角度ψを定める軌道はアーム１５０Ａが静止しているものとして描いてある。ここに描いた軌道は、駆動装置１５０の角速度Ｗ２が駆動装置１４０の角速度Ｗ１に対比して小さい場合は、実際の軌道によく近似する。
【００３６】
図２において、ウェーハ１３４はプラズマ足跡１２０Ｆと交叉しない。図２−図５に図解したとおり、アーム１５０Ａのプラズマ噴流１２０への接近に伴い（角度θが大きくなる）、プラズマ足跡１２０Ｆとウェーハ１３４との交叉が点１３４Ｃおよび軸１４０Ｘに接近する。図５において、楕円１２０Ｆ１はθ＝θ１（図３）の場合のウェーハ１３４に対するプラズマ足跡１２０Ｆの位置を示す。その位置において、プラズマ足跡は点１３４Ｆに及ぶ。楕円１２０Ｆ２はθ＝θ２（図４）におけるプラズマ足跡位置を示す。その位置において、プラズマ足跡１２０Ｆは点１３４Ｃに及ぶ。楕円１２０Ｆ３はθがθ１とθ２との中間の値であるときのプラズマ足跡の位置を示す。
【００３７】
プラズマ足跡が点１３４Ｃおよび軸１４０Ｘに近づくほど、プラズマ処理対象のウェーハ点の直線速度は低くなる。軸１４０Ｘに対する直線速度（角速度Ｗ１に対応）は軸１４０Ｘからの距離が小さくなるので減少する。角速度Ｗ１はＷ２よりもかなり高いので、Ｗ１対応の直線速度成分がウェーハ点直線速度を支配する。また、角度の増大に伴い（図２−図４参照）、軸１４０Ｘに対する直線速度のベクトルと軸１５０Ｘに対する軸１４０Ｘの直線速度のベクトルとの成す角度がプラズマ通過点について増加する。この角度増加により上記直線速度がさらに小さくなる。
【００３８】
この直線速度低下によって点１３４Ｃ近接点のプラズマ処理時間が長くなる。しかし、この直線速度低下はプラズマ足跡中を通過するウェーハ点軌跡の長さの減少によって少なくとも部分的に相殺される。例えば、楕円１２０Ｆ２を通過する点１３４Ｃの軌跡Ｔ２は楕円１２０Ｆ３の中心を通過する点の軌跡Ｔ３よりも短い。軌跡長の減少は、プラズマ足跡がウェーハに対して回転し、θが０゜から180°に増加するに伴ってプラズマ足跡の短軸２１４とアーム１４０Ａとの間の角度が約０゜から90°に増加するために起こる（図５において、軸２１４をプラズマ足跡位置１２０Ｆ１、１２０Ｆ２、１２０Ｆ３のそれぞれの軸２１４−１、２１４−２、２１４−３として示す。プラズマ足跡位置１２０Ｆ２の長軸２１０は２１０−２で示す）。ウェーハ点は足跡中をほぼ90°でアーム１４０Ａに移行するので、その軌跡は短い。
【００３９】
θが180°まで増加するに伴って第１の駆動装置１４０の数回転の期間中にウェーハ１３４上の各点が数回にわたりプラズマ足跡１２０Ｆを通過するように角速度Ｗ１およびＷ２を設定した実施例もある。すなわち、ウェーハ表面上で見たプラズマの相次ぐ経路は互いに重複する。θ＝０°またはθ＝180°の場合はウェーハ１３４はプラズマ１２０の中を通過しない。したがって、点１３４Ｃおよび１３４Ｆがプラズマの中を通過する回数はそれら以外のウェーハ点の通過回数とほぼ同じになる。
【００４０】
プラズマ中通過回数がウェーハ点によって変わる確率を下げるために、各物品を駆動装置１５０の２回転以上で処理する実施例もある。各回転でプラズマは物品表面上の互いに異なる経路をたどり処理の不均一性を増大させる。各回転ごとに互いに異なるプラズマ経路を得るために次の手法を用いる。
【００４１】
(1)．各回転のあと駆動装置１５０をθ＝０（図２）の位置にしばらく停止させ、一方駆動装置１４０は回転を継続させる。次に、ウェーハ１３０の位置が一つ前の回転の開始時点における位置と異なっている時点で駆動装置１５０を再駆動する。いくつかの実施例では、この停止時間は数ミリ秒である。
【００４２】
(2)．代替的に、駆動装置１５０をθ＝０で停止させず、速度Ｗ２を一つ前の回転に対比してθ＝０近傍で変動させ（例えばＷ２をθがほぼ０のとき0.1％だけ増加または減少させる）、θがウェーハ１３０とプラズマ１２０との交叉開始時における値に増加した時点でウェーハ１３０が一つ前の回転における同じ角度θ対応の位置とは異なる位置にあるようにする。このようなＷ２の小さい変動は上記の手法(1)の場合よりも小さい駆動装置１５０加速度で達成できる。また、駆動装置１５０は停止しないので処理時間は手法(1)よりも短くなる。いくつかの実施例では、零度近傍のθについて、Ｗ２を駆動装置１５０の２乃至３回転にわたり増加させ、次にＷ２を駆動装置１５０の数回転にわたり減少させ、次に再び増加させる。ウェーハ１３０とプラズマとが交叉するθの各値に対して、Ｗ２を各回転で同一にした実施例もある。
【００４３】
(3)．駆動装置１５０の回転ごとに駆動装置１４０の各速度Ｗ１を僅かに変動させる（例えば0.1％だけ）。実施例によってはこの手法(3)を上記手法(1)または(2)と組み合わせる。
【００４４】
上記手法(1)、(2)、(3)の変形では、Ｗ２やＷ１をθが180°や０°やそれ以外の値の近傍のとき変動させる。
【００４５】
手法(1)は駆動装置１５０の各回転ののちウェーハ１３０がもとの温度に少しでも戻る冷却を可能にし、それによって各回転ごとの温度条件の均一化を可能にする点で有利である。これに関しては、1996年７月18日発行のPCT国際公開第WO96/21943号公報を参照されたい。同公報をここに挙げてその内容をこの明細書に組み入れる。ウェーハ冷却を可能にするためにウェーハをθ＝０で数秒間にわたって停止させる実施例もある。処理が温度条件に左右されやすい場合は、駆動装置１４０の各回転の期間内にウェーハ冷却を可能にするように各速度Ｗ１を制御する。
【００４６】
図２−図４において、次の式(1)、すなわち
【数１】
0004397986.tif 000002
が成立する。すなわち、軸１４０Ｘとウェーハ１３４の最近接端１３４Ｃとの間の距離Ｒ１はプラズマ足跡１２０Ｆの長さＰ１の半分に等しいかそれよりも大きいという関係が成立する。
【００４７】
この条件によって、第１の駆動装置１４０の各回転におけるウェーハ１３４上の任意の点のプラズマ１２０中の通過は確実に１回以下になる。軸１４０Ｘが軸１６０に近接している場合もこの関係は成立する。式(1)の条件が満たされず軸１４０Ｘがプラズマ１２０に近接している場合は、ウェーハ点のうちのあるもの（例えば１３４Ｃ）は駆動装置１４０の１回転の期間中にプラズマ中を２回通過することが起こり得る。それ以外のウェーハ点（１３４など）は駆動装置１４０のどの回転でもプラズマ１２０中の通過は１回以下である。したがって、プラズマ処理は、駆動装置１４０の１回転の期間中にプラズマ中を２回通過するウェーハ点についてはウェーハ速度を２倍に上げない場合不均一になる。すなわち、
【数２】
0004397986.tif 000003
の関係、すなわち軸１４０Ｘおよび１５０Ｘの間の距離（アーム１５０Ａの長さと実質的に等しい）が軸１４０Ｘとウェーハ点１３４Ｃとの間の距離と等しいかそれよりも大きいという関係が必要になる。
【００４８】
【数３】
0004397986.tif 000004
【数４】
0004397986.tif 000005
関係式(2)、(3)および(4)の成立は、角速度Ｗ２が角速度Ｗ１に比べて十分に低ければ駆動装置１５０の１回転の期間にウェーハ１３４のあらゆる点のプラズマ処理を可能にする。この角速度Ｗ２の算定に使える式を表１に挙げる。それら式ではＷ１を一定と仮定している。それら式は既知の方法で解が得られる。
【００４９】
【表１】
0004397986.tif 000006
角速度Ｗ２は、周知の反復法を用い一定速度および可変速度の両方について実験的に定めることができる。より詳しく述べると、システム１１０のセットアップ時に試験用ウェーハをある角速度Ｗ２1、すなわち最終角速度Ｗ２の最初の反復近似値で処理する。この角速度Ｗ２1を一定にした実施例もある。次に、ウェーハのどの点がそれ以外の点に比べて処理不足であるかを判定する検査を行う。例えば、プラズマ処理がエッチング処理である場合は、エッチングされた材料の量ｈ1(ｒ)を互いに異なるウェーハ点について検査する（ここでｒはウェーハ点と軸１４０Ｘとの間の距離である）。量ｈ0(ｒ)をエッチングで除去しようとしている場合を想定する（多くのプラズマ処理において、ｈ0(ｒ)をｒと無関係にすること、すなわちウェーハ上のあらゆる点から同じ量の材料をエッチングで除去することが求められる）。その場合、第２の反復経路における角速度Ｗ２2(ｒ)は次の式で与えられる。
【００５０】
【数５】
0004397986.tif 000007
さらに反復が必要な場合は後続の反復の各々における角速度Ｗ２を同様に定める（先行反復の期間中にある座標ｒで除去される材料の量が多いほど、その次の反復の期間中の速度Ｗ２(ｒ)を大きくする）。これらの反復を制御システム１５４にプログラムしておく。製造過程では制御システム１５４でシステム１１０が全反復を行うようにする。
【００５１】
走行中のウェーハ点は直線速度が大きいほどプラズマ足跡１２０Ｆ（図５参照）内の軌跡が長くなるので、駆動装置１５０の角速度Ｗ２を小さくしたままで均質プラズマ処理を達成できる。図６は200mmウェーハにおける実施例についてその様子を図解する。水平軸Ｄiは直径１３４Ｄ上のウェーハ点Ｐと点１３４Ｃとの距離である。上側の曲線６１０は軸１４０Ｘに対するプラズマ足跡１２０Ｆ（軸１６０）の中心の直線速度Ｖを示す。速度単位はＤi＝０でＶ＝１になるように選ぶ。速度は表１の式で定まる角速度Ｗ２から定めたものである。図６の下側の曲線６２０は角度駆動装置１５０だけを有する従来技術の装置についての直線速度である。第１の駆動装置１４０は省略してある。この従来技術の装置では軸１５０Ｘと最近接ウェーハ点１３４Ｃとの間の距離はＲ２＋Ｒ１である。ただし、Ｒ２およびＲ１は曲線６１０に対応する寸法である。直線速度Ｖは別表で与えられる式と同様の適当な式から算出された角速度Ｗ２から算定した。曲線６１０および６２０はＤi＝０で交わるが、曲線６１０の勾配（すなわち加速度の大きさ）は曲線６２０のそれよりも小さい。曲線６１０の加速度の最大値（Ｄi＝０の点）は曲線６２０の場合の約半分である。角速度Ｗ２はＶに正比例するので、Ｗ２に伴う加速度も曲線６１０の場合の約半分になる。
【００５２】
実施例によっては、曲線６１０対応のプラズマシステム１００でウェーハまたは個々のダイの裏側エッチングを施して、ウェーハ表面またはダイ表面への回路形成後のウェーハ厚またはダイ厚を15-350μmに減らす。多数のダイを重ね合わせたのちスタック全体をパッケージする縦集積モジュールにはそのような薄いダイやウェーハが適している。この点については1996年10月29日提出の O. Siniagine 名義の米国特許出願第60/030,425号をここに挙げ、その内容をこの明細書に組み入れる。また、1997年10月27日提出のPCT出願第PCT/US97/18979号「集積回路およびその製造方法」をここに挙げ、その内容をこの明細書に組み入れる。薄いウェーハやダイは脆弱であるので、プラズマ処理システムの加速度を下げることによってウェーハおよびダイの損傷の可能性が小さくなり良品率が上がる。
【００５３】
図７はプラズマ処理システム１１０のためのウェーハロードシステムを示す。このロードシステムは互いに平行なレール７１４−１、７１４−２を動くシャトル７１０−１、７１０−２を含む。各シャトル７１０は下部７２０Ｌおよび上部７２０Ｕを備える垂直支持体を含む。各シャトルにおいて、水平アーム７３０の一端は上側支持部７２０Ｕの上に取り付けてある。水平のウェーハ保持プラットフォーム７３４をアーム７３０の他端に取り付ける。各プラットフォーム７３４はカルーセル１２４と同じ相対的位置にそのカルーセルの場合と同数（図７ではウェーハ５枚）のウェーハを保持する。アーム７３０は垂直支持部７２０Ｕまたはその近傍を通る軸の周りの水平面で回転できる。
【００５４】
各シャトルの部分７２０Ｌ、７２０Ｕを一つ以上のロッド（図示してない）が貫通し、上部７２０Ｕがロッドを上下に滑動してプラットフォーム７３４を上げ下げする。この滑動は電動機（図示してない）で制御する。支持部７２０Ｕの上下動を可能にしたことにより、シャトル７１０−１、７１０−２をプラットフォームとアーム７３０との間の衝突なしに互いに異なる高さに位置づけることができる。プラズマ処理システム１１０、シャトル７１０、ロボット７５０およびチェンバ扉（図示してない）を含む図７のシステムを適当なセンサおよびトランスデューサ付きのコンピュータ利用制御システム１５４で制御する。その種の制御システムの製造および使用は周知技術によって可能である。
【００５５】
プラズマ処理システム１１０は扉（図示してない）でシャトルから分離されたチェンバ（図示してない）内に配置する。プラズマ処理の期間中は、シャトルの一方、例えばシャトル７１０−１はウェーハをシステムからアンロードできる状態で待機する。もう一つのシャトル（この例では７１０−２）にはカセットホールダー７４４の中のカセット７４０からウェーハをロードする。このロードシステムは、シャトル７１０−２のプラットフォームに未処理ウェーハを１枚ずつロードするロボットで操作する（これらウェーハをロボットアーム７５０Ａでロードする）。プラズマ処理が終了すると、シャトルからシステム１００を分離する扉（図示してない）が開く。シャトル７１０−１は空のプラットフォーム７３４をカルーセル１２４向きに上下に動かして、プラットフォームの各ウェーハキャリア７５４がシステム１１０のウェーハホルダー１３０の一つの下の位置に来るようにする。次に、ウェーハをシャトル７１０−１のプラットフォーム７３４に落下させる。シャトル７１０−１はレール７１４−１上をカセットホールダー７４４向きに動き、ロボット７５０は処理ずみのウェーハのアンロードを開始する。一方、シャトル７１０−２はレール７１４−２上をシステム１１０に向かって動く。シャトル７１０−２のプラットフォーム７３４はカルーセル１２４の下の位置に来て、シャトル７１０−２上の各ウェーハ１３４がウェーハホールダー１３０の一つ下（非接触ウェーハホールダーの場合はウェーハホールダーの約３mm下）に位置づけられるようにする。次にウェーハがウェーハホールダー１３０にロードされ、シャトル７１０−２はもとに戻り、プラズマ処理チェンバの扉は閉じ、プラズマ処理が始まる。シャトル７１０−１からのアンロードおよび同シャトル７１０−１への再ロードと並行してプラズマ処理は進行する。次に、シャトル７１０−１、７１０−２の動作が逆になる。したがって、プラズマ処理システムの生産性が上がる。システム１１０の稼働率90％で遊休率10％の実施例もある。各ホールダー１３０がウェーハでなく個々のダイまたはそれ以外の物品を保持するようにした実施例もある。
【００５６】
上述の実施例はこの発明を例示するものであって限定するものではない。プラットフォーム７３４、カルーセル１２４、カセット７４０、カセットホールダー７４４、ロボット７５０、物品１３０、プラズマ源１１４などの構成要素の特定の形状または形式によってこの発明は限定されない。開口１１４−０またはプラズマ足跡１２０Ｆの特定の形状または寸法によっても限定されない。実施例によっては、開口１１４−０の形状および寸法は処理の期間中に変動する。同様に、角速度Ｗ１も処理の期間中に変動する。駆動装置１４０を省略した実施例もある。プラズマ源１１４は駆動装置１５０の回転半径沿いに半径方向に動き、開口１１４−０が同時に回転して、プラズマ足跡１２０Ｆが図５に示すとおりウェーハに対して動くようにする。半導体ウェーハやダイでなく、例えば外科手術用器具や工作器械など他の物品を処理するのに用いる実施例もある。上記以外の実施例およびそれらの変形も特許請求の範囲の各請求項の範囲内に含めることを意図するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明によるプラズマ処理システムの斜視図。
【図２】図１のシステムにおけるウェーハ軌道を図解する上面図。
【図３】図１のシステムにおけるウェーハ軌道を図解する上面図。
【図４】図１のシステムにおけるウェーハ軌道を図解する上面図。
【図５】図１にシステムにおいてウェーハに対するプラズマの互いに異なる位置を図解する上面図。
【図６】図１のシステムおよび従来技術のシステムの両方についての角速度のグラフ。
【図７】この発明によりウェーハロード装置を図解する斜視図。
【符号の説明】
１１０    プラズマ処理システム
１２０    プラズマ噴流
１３０    ウェーハホールダー
１３４    ウェーハ
１４０    角度駆動装置
１５０    駆動装置
１６０    垂直軸
【図１】
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【図２】
0004397986.tif 000009
【図３】
0004397986.tif 000010
【図４】
0004397986.tif 000011
【図５】
0004397986.tif 000012
【図６】
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【図７】
0004397986.tif 000014