(57)【要約】本発明は、プラズマチャンバ内で発生されるプラズマの上方に配置された電極を有する、誘電体基板のプラズマ浸漬イオン注入用制御装置を提供する。電極は、イオン注入を受けるように構成された基板又はカソードの電位よりも大きい電位の負の電圧パルスでバイアスされる。電極は、この電極から二次電子として発生された電子に、基板を囲む高電圧シースの負電圧に打ち勝って基板に到達するのに充分なエネルギーを与えるように一層負とする。これらの電子は基板に向けて加速されて基板上の電荷の蓄積体を中性化する。
2013537706.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマチャンバであって、このプラズマチャンバ内に導入されるガスから、イオンを有するプラズマを発生するように構成された当該プラズマチャンバと、
プラズマドーピング用の絶縁体基板を支持するとともにこの絶縁体基板に電気接続されているプラテンであって、このプラテン及び前記絶縁体基板に第１の電位で負のバイアス電圧パルスを供給する電圧源に接続されている当該プラテンと、
発生された前記プラズマの上方に配置された電極であって、この電極が第２の電位で負のバイアス電圧を受け、この第２の電位は前記第１の電位よりも大きくして、前記イオンがこの電極の表面に衝突することによりこの電極が二次電子を発生させ、これら二次電子が前記第２の電位で前記基板に向けて加速され、この基板上の電荷の蓄積体を中性化するようになっている当該電極と
を具えるプラズマ処理ツール。
【請求項２】
請求項１に記載のプラズマ処理ツールが更に、
前記プラテンから離して前記電極の上方に配置したバッフルと、
このバッフルと前記電極との間に配置され、この電極を電気的に分離させる絶縁部分と
を具えているプラズマ処理ツール。
【請求項３】
請求項１に記載のプラズマ処理ツールにおいて、前記電極は第１の表面を有する電極プレートであり、この第１の表面が前記プラテンの方向に向いているとともに、この第１の表面は前記電極上の前記イオンと関連する入射角を増大させるように構成された形状を有しているようにしたプラズマ処理ツール。
【請求項４】
プラズマ処理ツールにおける絶縁体のターゲット基板の表面上の電荷の蓄積体を中性化する電荷蓄積体中性化方法において、この電荷蓄積体中性化方法が、
反応ガスをチャンバに供給するステップと、
この反応ガスを励起してイオンを有するプラズマを発生させるステップと、
前記チャンバ内に配置された絶縁体のターゲット基板に第１のバイアス電圧パルスを供給するステップと、
前記プラズマの上方に配置された電極に、前記第１のバイアス電圧パルスよりも大きい電位を有する第２のバイアス電圧パルスを供給して前記イオンを前記電極の方向に引き付けるようにするステップと、
前記電極の方向に引き付けられたイオンが前記電極の表面に衝突した際に、二次電子を発生させるステップと、
発生された前記二次電子を前記絶縁体のターゲット基板の方向に加速させて、この絶縁体のターゲット基板の表面上に存在する電荷の蓄積体を中性化するようにするステップと
を具える電荷蓄積体中性化方法。
【請求項５】
請求項４に記載の電荷蓄積体中性化方法において、前記第２のバイアス電圧パルスを負とし、前記第１のバイアス電圧パルスと前記第２のバイアス電圧パルスとを同期させるようにする電荷蓄積体中性化方法。
【請求項６】
請求項４に記載の電荷蓄積体中性化方法において、前記第２のバイアス電圧パルスに相当する電位で前記二次電子を前記絶縁体のターゲット基板の方向に加速させるようにする電荷蓄積体中性化方法。
【請求項７】
請求項６に記載の電荷蓄積体中性化方法が更に、前記二次電子が前記絶縁体のターゲット基板の表面に到達する前にこれら二次電子を減速させるステップを具えている電荷蓄積体中性化方法。
【請求項８】
請求項４に記載の電荷蓄積体中性化方法が更に、前記第２のバイアス電圧パルスを供給する前に前記電極を加熱するステップを具えている電荷蓄積体中性化方法。
【請求項９】
請求項４に記載の電荷蓄積体中性化方法が更に、前記反応ガスを、前記絶縁体のターゲット基板の上方に配置されたバッフルであって、前記絶縁体のターゲット基板の方向に向いたこのバッフルの側に前記電極が配置されている当該バッフルを介して前記チャンバ内に分布させるステップを具えている電荷蓄積体中性化方法。
【請求項１０】
プラズマチャンバであって、このプラズマチャンバ内に導入されたガスから、イオンを有するプラズマを発生させるように構成された当該プラズマチャンバと、
絶縁体基板を支持するとともにこの絶縁体基板に電気接続され、この絶縁体基板内に前記イオンを注入するようにするプラテンであって、このプラテン及び前記絶縁体基板に第１の電位で負のバイアス電圧パルスを供給する電圧源に接続されている当該プラテンと、
前記プラズマチャンバ内に、前記プラテンに隣接して配置された遮蔽リングであって、このプラテンに電気接続されているとともに前記第１の電位でバイアスされている当該遮蔽リングと、
この遮蔽リングの上に配置された絶縁体と、
この絶縁体の上に配置された金属層であって、前記イオンを前記絶縁体基板内に注入する間この絶縁体基板の電荷の蓄積体に対応する電荷を有する当該金属層と、
この金属層に接続され、前記電荷の蓄積体を測定するプローブと
を具えているプラズマ浸漬イオン注入モニタリング装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載のプラズマ浸漬イオン注入モニタリング装置が更に、発生された前記プラズマの上方に配置された電極を具えており、この電極は第２の電位で負のバイアス電圧パルスを受けるようになっており、この第２の電位は前記第１の電位よりも大きくして前記プラズマから前記イオンを引き付けるとともに二次電子を発生させ、これら二次電子をこの第２の電位で前記絶縁体基板の方向に加速させてこの絶縁体基板上の電荷の蓄積体を中性化するようになっているプラズマ浸漬イオン注入モニタリング装置。
【請求項１２】
プラズマ浸漬イオン注入を受ける絶縁体基板の表面電圧を調整する表面電圧調整方法において、この表面電圧調整方法が、
プラズマチャンバ内で反応ガスを励起させてイオンを有するプラズマを発生させるステップと、
前記プラズマチャンバ内でプラテン上に配置された絶縁体基板の表面の電圧をモニタリングするステップと、
前記プラズマチャンバ内で発生されたプラズマの上方に配置された電極と関連する複数のパラメータのうちの１つを調整するステップと、
発生された前記プラズマからイオンを引き付けて前記電極の方向に向けるステップと、
前記イオンが前記電極に衝突した際に二次電子を発生させるステップと、
発生されたこれら二次電子を前記絶縁体基板の方向に向け、この絶縁体基板の表面上の電圧を調整するようにするステップと
を具える表面電圧調整方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の表面電圧調整方法において、電極と関連する複数のパラメータのうちの１つを調整する前記ステップが、前記電極のバイアス電圧を調整するステップを有している表面電圧調整方法。
【請求項１４】
請求項１２に記載の表面電圧調整方法において、電極と関連する複数のパラメータのうちの１つを調整する前記ステップが、前記電極に供給される電圧パルスの幅を調整するステップを有している表面電圧調整方法。
【請求項１５】
請求項１２に記載の表面電圧調整方法が更に、前記絶縁体基板にバイアス電圧パルスを供給するステップを有しており、電極と関連する複数のパラメータのうちの１つを調整する前記ステップが、前記絶縁体基板に供給される前記バイアス電圧パルスの各パルス中に前記電極に供給されるバイアス電圧パルスの個数を調整するステップを有している表面電圧調整方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマ処理システムの分野に関するものである。特に、本発明は、プラズマ浸漬イオン注入に用いる絶縁性のターゲット基板に対する電圧結合（電圧カップリング）を改善及び調整する装置及び方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ウエハ又は基板に種々のドーパントを注入するか、又は薄膜を堆積するか、又は薄膜にエッチング処理するための半導体処理に、プラズマが種々の方法で用いられている。このような処理には、ターゲット基板の表面の上又は下に、イオンを指向性堆積又はドーピングする処理が含まれる。又、他の処理には、エッチング種の指向性が、エッチングすべきトレンチ（溝）の質を決定するプラズマエッチングがある。
【０００３】
一般に、プラズマドーピング（ＰＬＡＤ）とも称するプラズマ浸漬イオン注入（ＰＩＩＩ）は、ドーパントを基板内に注入する。プラズマは、チャンバ（室）内に導入する中性ガスにエネルギーを供給することにより発生され、このプラズマによりターゲット基板内に注入される電荷キャリアを形成する。ＰＬＡＤシステムは代表的に、低いイオン注入エネルギーによりターゲット基板又はウエハの表面付近にドーパントイオンを規制する半導体装置の製造に浅い接合を必要とする場合に用いられる。これらの場合、注入深さは、ＰＬＡＤシステム又はツールのプラズマ処理チャンバ内でウエハとアノードとの間に印加する電圧に関連する。特に、ウエハは、プラズマ処理チャンバ内でカソードとして機能するプラテン上に配置される。プラズマ処理チャンバ内には、所望のドーパント材料を含むイオン化ガスが導入される。このガスは、直流グロー放電、容量結合型ＲＦ放電、誘導結合型ＲＦ放電等（しかし、これらに限定されるものではない）を含む幾つかのプラズマ発生方法の何れかによりイオン化される。
【０００４】
プラズマが発生されると、プラズマと、ターゲット基板を含む全ての周囲面との間にプラズマシースが存在する。このシースは本質的に、ターゲット基板の表面上の負の電荷に比べて密度の高い逆の正のイオン（すなわち、過剰の正の電荷）を有する、プラズマ中の層である。この場合、プラテン及び基板を負の電圧でバイアスして、イオンがプラズマからプラズマシースを横切るようにするとともに、印加されたバイアス電圧に比例する深さでウエハ内に注入されるか又はその上に堆積されるようにする。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ＰＬＡＤツールを用いる注入は代表的に、導電性の基板をバイアスすることによりプラズマシースを横切るようにイオンを引き付けてこのプラズマシース内にイオンを注入する能力の為に、基板又は半導体（例えば、Si）のワークピースを導電性とするのに限定される。ある種類の装置を製造するには、ガラス、石英等のような絶縁性の又は絶縁体の基板内に特定のドーパントを注入する必要がある。しかし、絶縁性の基板を介して電圧結合を行って、イオンを注入の為にプラズマシースを横切るように引き付けるのに適切なバイアスをこの基板に維持するのは困難である。特に、比較的厚肉な絶縁基板の場合、電圧結合は、絶縁体の基板のキャパシタンスが基板の表面上のプラズマシースのキャパシタンスに比べて低いことにより制限される。このことにより、基板にまたがる電圧を殆ど降下させる分圧回路がもたらされる。例えば、フラットパネルディスプレイに用いられている薄肉基板の場合、妥当な値の電圧が基板に結合されるが、この電圧はすぐに降下される。このことは、部分的に、イオンが注入される際に絶縁体の基板が正に帯電されることや、イオンが絶縁体の基板の表面に衝突する際に二次電子が発生されることによるものである。
【０００６】
このことは一般に、代表的なＰＬＡＤツールにおけるある電位を示す機能図である図１に示されている。絶縁体の基板１は導電性のプラテン２上に配置されている。プラズマ３は、従来技術で周知のように反応ガスをチャンバ内に導入することにより発生される。発生されたプラズマと絶縁体の基板１の表面との間のシース４は、次式で与えられる実効注入電圧（Ｖeff ）を有する。
【数１】
2013537706.tif 000003
ここで、a(t)は、注入されたイオンと発生された二次電子とが相俟って生ぜしめられた絶縁体の基板１の表面帯電による実効電圧の降下分を表し、b(t)は、絶縁体の基板１とシース４とのキャパシティブディバイダを表す。更に、ターゲット基板は絶縁体である為、シース４の特性が変化し、キャパシティブディバイダが存在することにより実効電圧を減少させるおそれがあり、更に絶縁体であるターゲット基板の表面上の電荷の蓄積体が実効電圧を更に減少させる。実効電圧があまりにも小さい場合には、イオン注入処理が低下されるおそれがある。従って、所望のイオン注入特性を得るために実効電圧を維持するＰＬＡＤシステムでは、用いられる絶縁体のターゲット基板の表面上の電荷の蓄積体を減少させる必要がある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、誘電体基板のプラズマ浸漬イオン注入用制御装置及びこれに関連する方法を提供するものである。本発明の代表的な例では、プラズマ処理ツールがプラズマチャンバを有し、このプラズマチャンバは、この中に導入されるガスから、イオンを有するプラズマを発生させるように構成されている。プラテンは、プラズマドーピング用の絶縁体の基板を支持するとともにこの基板に電気接続されるように構成されている。このプラテンは、負のバイアス電圧パルスを第１の電位でこのプラテン及び基板に供給する電圧源に接続されている。発生されるプラズマの上方には電極が配置され、この電極には負のバイアス電圧パルスが第２の電位で供給され、この第２の電位は第１の電位よりも負にし、電極から得られる電子に、基板を囲む高電圧シースの負電圧に打ち勝つのに充分なエネルギーを与え、これにより電子が基板に到達するようにする。イオンが電極に衝突すると、二次電子が発生され、これらの二次電子が第２の電位で基板に向けて加速され、基板上の電荷の蓄積体を中性化する。
【０００８】
又、本発明は、プラズマ処理ツールにおける絶縁体のターゲット基板の表面上の電荷の蓄積体を中性化する方法を提供するものであり、この方法は反応ガスをチャンバに供給するステップと、この反応ガスを励起してイオンを有するプラズマを発生させるステップとを具える。チャンバ内に配置された絶縁体のターゲット基板には第１のバイアス電圧パルスを供給する。プラズマの上方に配置された電極には、第１のバイアス電圧パルスよりも大きい電位を有する第２のバイアス電圧パルスを供給してイオンを電極の方向に引き付けるようにする。電極の方向に引き付けられたイオンが電極の表面に衝突した際に、二次電子を発生させる。二次電子を絶縁体のターゲット基板の方向に加速させて、この絶縁体のターゲット基板の表面上に存在する電荷の蓄積体を中性化するようにする。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、代表的なＰＬＡＤシステム又はツールにおけるある電位を示す機能線図である。
【図２】図２は、本発明の代表的な実施例による簡単化したＰＬＡＤシステムを示す線図である。
【図３】図３は、本発明の一実施例による、図２の代表的なＰＬＡＤシステムの機能線図である。
【図４】図４は、本発明の一実施例による閉ループ制御システムを有する簡単化したＰＬＡＤシステムを示す線図である。
【図５】図５は、本発明の代表的な実施例による、図４の代表的なＰＬＡＤシステムの機能線図である。
【図５Ａ】図５Ａは、本発明の他の代表的な実施例による電極及び基板に供給される電圧パルスを示す線図である。
【図６】図６は、本発明の代表的な実施例による、電極プレート及びプラテンに供給されるパルスがターゲット基板の表面電圧に及ぼす影響を示すグラフ線図である。
【図７】図７は、本発明の代表的な実施例による、パルスの周波数とこれに対応する表面電圧への影響とを示すグラフ線図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、本発明の好適実施例を示す添付図面を参照して、本発明をより完全に説明する。しかし、本発明は多くの異なる形態で構成できるものであり、本発明の構成は以下に説明する実施例に限定されるものではない。これらの実施例は、本発明が完全となるように提供するものであり、本発明の範囲を当業者に完全に伝達するものである。図面全体に亘り、同様な参照符号は同様な素子を参照するものである。
【００１１】
図２は、本発明の代表的な実施例による簡単化したＰＬＡＤシステム又はツール１０を示す線図である。このシステム１０は、絶縁されたターゲット基板５を支持する台又はプラテン１４を有する処理チャンバ１２を具えている。この処理チャンバ１２内にはこの処理チャンバのトッププレート１８を貫通するガス入口１３を介して、所望のドーパント特性を有する１種類以上の反応ガスを送給する。反応ガスは例えば、ＢＦ3 、Ｂ2 Ｈ6 、ＰＦ5 等とすることができる。続いて、反応ガスを処理チャンバ１２に入れる前に、この反応ガスを、バッフル１１を介して均一に分布させることができる。処理チャンバ１２の壁部と相俟ってアノードを形成するコイル１６の群は、酸化アルミニウ（Al２Ｏ3 ）の窓１７を介して処理チャンバ１２内に無線周波数（ＲＦ）の電力を結合することができる。ＲＦ電力は、反応ガスから、ドーパント含有プラズマ２０を生じる。ターゲット基板５には、プラテン１４を介してバイアス電圧が印加され、プラズマ２０から帯電粒子を引き出す。プラテン１４は処理チャンバ１２から電気絶縁されており、ターゲット基板は、プラズマの正に帯電されたイオンを引き付けるために負の電位に保たれている。ターゲット基板５は代表的に、パルス状のＤＣ電圧でバイアスされてカソードとして作用するようになっている。その結果、ドーパントイオンは、プラズマ２０から、このプラズマ２０とターゲット基板５の頂面との間に配置されているプラズマシースを横切って抽出される。イオンはバイアスパルスがオンとなっている期間中にターゲット基板５内に注入される。イオンのドーズ量は一般に、ターゲット基板内に注入されるイオンの量、又はイオン電流の時間に亘る積分値である。バイアス電圧はイオンの注入深さに対応し、この注入深さは、処理チャンバ１２内に導入される反応ガスの圧力及び流速や、バイアス電圧の持続時間等によっても影響されうる。
【００１２】
ターゲット基板５は、フラットパネルディスプレイに用いられている絶縁性の基板とすることができる。ターゲット基板は例えば、低温ポリシリコン（ＬＴＰＳ）、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）、太陽電池等とすることもできる。前述したように、ターゲット基板５は絶縁体（例えば、ガラス、石英等）である為、このターゲット基板５の上方のシースは、このターゲット基板５のキャパシタンスが、プラズマとターゲット基板５の表面との間のシースのキャパシタンスに比べて低いことによりキャパシティブディバイダとなる。これにより（前記の式１で示される）実効注入電圧Ｖeff を減少させ、この電圧は絶縁されたターゲット基板５の表面上の電荷の蓄積体により更に減少される。特に、ターゲット基板５をＤＣ電圧でバイアスしてプラズマシースを横切るようにイオンを引き付けると、ターゲット基板５の表面上に電荷が蓄積される傾向がある。プラズマ注入処理のパルスオンサイクルが比較的低いと、この電荷の蓄積体はプラズマ２０内に存在する電子により有効に中性化される傾向にある。しかし、パルスオンサイクルを増大させて所望のスループットを達成させるとともにある種の最新のデバイスに必要とするドーピングレベルを維持するようにすると、ターゲット基板５上の電荷の蓄積体をパルスオフサイクル中に中性化しうる期間が短くなる。従って、ターゲット基板５の表面上に電荷の蓄積体が生じる。これにより基板上に比較的高い電圧を生ぜしめ、この電圧によりドーパントを不均一にするとともに、アーク放電を生ぜしめ、デバイスを損傷させるおそれがある。換言すれば、電荷の蓄積体と実効電圧の減少との双方が注入処理に悪影響を生ぜしめる。
【００１３】
絶縁性のターゲット基板５の表面上の電荷の蓄積体は、この基板５に電子（負電荷）源を設けることにより中性化しうる。このことは、例えば、バッフル１１の下側に配置されたプレートの形態としうる電極２５であって、バッフル１１が代表的に接地電位にある為に絶縁部分２６によりこのバッフル１１から絶縁させた電極２５を設けることにより達成させる。この電極２５は、プラズマ環境に対応しうる導電性材料であり、例えば、アルミニウとするか、又は低抵抗率のSiＣとするか、アルミニウを被覆したシリコンとすることができる。或いはまた、電極２５をバッフル１１と一体に形成でき、この場合バッフル１１を、チャンバ１２の壁部から電気絶縁させるとともに、ターゲット基板５の表面上の電荷の蓄積体を中性化するための所望の電極電位を維持するように構成する。一般に、基板５上の電荷の蓄積体は、イオンが電極プレート２５の表面に衝突する結果として二次電子を発生させ、これらの二次電子を電極プレート２５上にある電位でカソード（基板５）の方向に加速させることにより中性化される。
【００１４】
このことは、ＰＬＡＤツール１０の内部のみを示す機能線図である図３を参照し、絶縁性の基板５上の電荷の蓄積体を中性化させるために電極プレート２５を如何に用いて二次電子を発生させるかを示すことにより一層良好に理解しうるものである。図２には示してあるが図３には示されていない構成素子は、説明の目的でのみ排除されていることに注意すべきである。電極プレート２５はプラテン１４及び絶縁性の基板５より成るカソードに対向している。この電極プレート２５は、電圧パルス３０により負にバイアスされる。この電圧パルス３０は、イオンをプラズマ２０からシース２０ａを横切って絶縁体の基板５内に引き付けるのに用いるための、プラテン１４に供給するバイアス電圧パルス３５と同期させる。しかし、電極プレート２５は基板５の表面の電位よりも大きい電圧で負にバイアスされる為、プラズマからのイオンがシース２０ｂを横切って電極プレート２５に引き付けられる。電極プレート２５の表面に衝突するイオンが二次電子を生ぜしめ、これら二次電子が、電圧パルス３０により電極プレート２５上に形成される電位で、絶縁体の基板５及びプラテン１４より成るカソードに向けて加速される。
【００１５】
これらの二次電子がシース２０ａに達すると、これらの二次電子が減速される。電極プレート２５の電圧は、絶縁体の基板５の電圧よりも僅かに大きい為、電極プレートから発生される二次電子は、極めて低いエネルギー、例えば、代表的に１００eVよりも低いエネルギーで基板５を囲む高電圧シースを通ってこの基板５に到達する。これらの二次電子が基板５上の表面電荷の蓄積体を中性化する。理想的には、イオンが基板５内に注入されることによりこの基板の表面上に蓄積される正の電荷を発生させる毎に、電極プレート２５からの二次電子が基板５に到達して対応する正の電荷を中性化するようにする。電極プレート２５からの二次電子のこの収率を最大化することにより、基板５の表面上の電荷の蓄積体を充分に中性化させることができる。このことは、電極プレート２５の面積を基板５の面積よりも大きくすることにより達成するようにしうる。更に、電極プレート２５は、この電極プレート２５への入射角を増大させるために表面粗さを有するように構成し、これにより二次電子の収率を高めるようにする。或いはまた、電極プレート２５の表面を、イオンが入射される可能性を高めるように機械加工又は処理を行うか、又は電極プレートをその最大の熱的安定性に達するように加熱するか、又はこれらの双方を行うようにしうる。電極プレートを加熱することにより、伝導帯における電子のエネルギーが増大し、これにより電子が表面から放出される可能性を高める。
【００１６】
図４は、本発明の代表的な実施例による閉ループ制御システムを用いる簡単化したＰＬＡＤシステム１００を示す。このシステム１００は、一般に、絶縁されたターゲット基板１０５を支持する台又はプラテン１１４を有する処理チャンバ１１２を具えている。この処理チャンバ１１２内には、この処理チャンバのトッププレート１１８を貫通するガス入口１１３を介して、所望のドーパント特性を有する１種類以上の反応ガスを送給する。処理チャンバ１１２内に導入された反応ガスを均一に分布させるために、ガス入口１１３の付近に配置されたバッフル１１１を用いる。処理チャンバ１１２の壁部を囲んで配置された複数の垂直コイル及び水平コイル１４０にはＲＦ電力が供給される。このＲＦエネルギーは、処理チャンバ１１２に送給された種ガスをイオン化して、所望のドーパント特性を有するプラズマ１２０を生ぜしめる。ターゲット基板１０５には負のバイアス電圧パルスを供給し、帯電粒子をプラズマ１２０から引き出してシースを通して基板内に注入する。
【００１７】
図２につき前述したように、絶縁体のターゲット基板１０５内に注入されたイオンと発生された二次電子とにより、電荷の蓄積体が絶縁体のターゲット基板１０５の表面上に生じる。プラズマ１２０内で発生されたイオンの、絶縁体のターゲット基板１０５内への注入深さを制御するためには、この絶縁体のターゲット基板の表面における電圧を制御する必要がある。電極１２５は、バッフル１１１の下側でプラズマ１２０に面するように絶縁部分１２６上に配置されている。或いはまた、電極１２５は図１につき上述したようにバッフル１１１と一体に形成することができる。処理チャンバ１１２内には閉ループ制御システムが配置されており、このシステムは遮蔽リング１５０と、絶縁層１５５と、金属層１６０とにより規定されている。この閉ループ制御システムは、絶縁体のターゲット基板１０５（例えば、ガラス、石英等）及びプラテン１１４の構造を実質的に模倣するとともにこの手段を用いることにより、イオン注入処理中に絶縁体のターゲット基板１０５の電圧を制御するのに用い、電極１２５をバイアスしてプラズマからイオンを引き付けるとともに基板に向けた二次電子の導入を制御して、基板上の電荷の蓄積体を中性化する。
【００１８】
特に、絶縁層１５５は絶縁性の基板１０５と同じ特性を有するように選択されている。この絶縁層１５５は遮蔽リング１５０上に配置されている。遮蔽リング１５０はプラテン１１４に電気接続されており、このプラテンの延長部として機能する。従って、プラテン１１４に供給されたバイアス電圧パルスは同様に遮蔽リング１５０にも供給される。金属層１６０は比較的薄肉であり、代表的にミクロンで１０の桁の厚さとし、絶縁体のターゲット基板における電圧をモニタリングするのに用いられる。モニタリングされたこの電圧は、イオン注入された絶縁体のターゲット基板１０５の表面における電圧を表す。このモニタリングされた電圧に基づいて電極プレート１２５に供給される電圧パルスを制御してイオンをプラズマ１２０から引き付けるようにすることができる。続いてこれにより、絶縁体のターゲット基板１０５の表面上の電荷の蓄積体を中性化するのに用いる二次電子の発生を決定する。
【００１９】
図５は、閉ループ制御システムを有するＰＬＡＤツール１００の内部のみを示す機能線図である。プラテン１１４は絶縁体のターゲット基板１０５を支持するように構成されている。電極プレート１２５は、プラテン１１４と絶縁体のターゲット基板１０５とより成るカソードに対向している。この電極プレート１２５は、電圧パルス１３０により負にバイアスされる。この電圧パルス１３０は、プラテン１１４に供給されるバイアス電圧パルス１３５であってイオンをプラズマ１２０からシース１２０ａを横切って絶縁体のターゲット基板１０５内に引き付けるこのバイアス電圧パルス１３５と同期されている。
【００２０】
閉ループ制御システムは、プラテン１１４の延長部であってこのプラテンに電気接続されている遮蔽リング１５０を有している。絶縁層１５５は、絶縁体のターゲット基板１０５の周囲を囲む遮蔽リング１５０上に配置されている。これにより、プラテン１１４に印加されているのと同じバイアス電圧を遮蔽リング１５０に、従って、絶縁層１５５にも印加するようにする。遮蔽リング及び絶縁層をプラテン１１４及び絶縁体のターゲット基板１０５のそれぞれの周囲を囲むように配置することにより、閉ループシステムはターゲット基板１０５が受けるイオン注入処理を模倣する。絶縁層１５５の上には金属層１６０が配置されており、この金属層には、絶縁層１５５上の表面電圧を測定するための電圧モニタ（プローブ）１６５が接続されている。絶縁層１５５の表面上のこの測定電圧は、絶縁体のターゲット基板１０５の表面上に発生された電荷の蓄積体であるとみなされる。その理由は、絶縁層１５５がターゲット基板１０５の周囲を囲んで配置されている為である。電極１２５に供給される電圧パルス１３０は、絶縁層１５５の表面上の測定電圧に基づいて調整又は制御し、或いはこれらの双方を行い、電極１２５の表面に衝突するイオンにより発生される二次電子の個数が、絶縁体のターゲット基板１０５の表面上に所望電圧を得るのに充分な個数となるようにしうる。
【００２１】
図６は、説明のために、プラテン１１４及び基板１０５に供給されるパルス１３５からオフセットされた、電極１２５に供給される単一パルス１３０の効果を示している。これらのパルスは、表面電荷の蓄積体に対する電極バイアス電圧の影響を説明するために５μ秒だけオフセットさせて示してある。図示するように、プラテン１１４にバイアス電圧パルス２１０が供給されると、絶縁体のターゲット基板１０５上の表面電圧（絶縁体表面電圧）が減少する。電極１２５にバイアス電圧パルス２２０が供給されると、イオンが電極１２５の表面上に衝突することにより二次電子が発生される。図示するように、絶縁体のターゲット基板１０５上の表面電圧は、電圧パルス２１０が終了するまで正の傾斜を以て増大し、この絶縁体のターゲット基板１０５上の表面電圧はスパイク状になり、電極パルス２２０の残余の間平坦となる。
【００２２】
更に、電極プレート１２５に供給される電圧パルス１３０の幅は、イオンをこの電極プレートに向かうように引き付けて、発生される二次電子の個数を増大させるように長いパルスを生じるように調整することができる。更に、電極プレート１２５に供給される電圧パルスの複数個が、基板に供給される１つのパルスのタイミング内に生じるようにすることができる。特に、図５Ａは、電極プレート１２５に供給される電圧パルス１３０の複数個が、絶縁体のターゲット基板１０５に供給されるパルス１３５のタイミング内に生じていることを示している。供給パルスの幅、持続時間、電圧レベル及び個数が基板の表面上の電圧の蓄積量を制御する。
【００２３】
或いはまた、電極１２５の温度を制御することにより、イオンがその表面に衝突する際に発生される二次電子の個数に影響を及ぼすようにすることができる。このことは、遮蔽リング１５０と、絶縁体１５５と、金属層１６０とより成る制御ループシステムを使用することなく、基板の表面上の電荷の蓄積体を中性化するための初期制御として用いることができる。このようにすることにより、基板の表面上の電荷の蓄積体の初期制御が電極１２５の温度を変化させることにより一旦達成されると、閉ループ制御システムを用いて二次電子の発生を微調整し電荷の蓄積体を中性化することができる。
【００２４】
図７は、パルスの周波数と、これらに対応する、絶縁体のターゲット基板１０５の表面電圧に対する影響とを示すグラフ線図である。図から明らかなように、電極１２５に供給されるパルスの周波数が増大すると、絶縁体のターゲット基板１０５上の表面電圧を比較的一定に保つことができる。
【００２５】
幾つかの実施例につき本発明を説明したが、特許請求の範囲に規定される本発明の範囲から逸脱することなく、上述した実施例に対する種々の変形及び変更が可能となるものである。従って、本発明は上述した実施例に限定されず、特許請求の範囲の記載により規定される全範囲及びその等価なものを有するものである。
【図１】
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【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５Ａ】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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