KR20220037471A - 저 방출 주입 마스크 및 기판 어셈블리 - Google Patents
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Abstract
기판 어셈블리는 기판 베이스; 및 기판 베이스 상에 배치된 저 방출 주입 마스크를 포함할 수 있다. 저 방출 주입 마스크는 탄소 함유 물질을 포함할 수 있고, 탄소 함유 물질은 12C 탄소 동위원소 전구체로 형성된, 동위원소상 정제된 탄소를 포함한다.
Description
본 개시는 전반적으로 이온 주입에 관한 것이며, 특히 고 에너지 이온 주입을 위한 주입 마스크에 관한 것이다.
이온 주입은 충격(bombardment)을 통해 기판 내로 도펀트 또는 불순물을 도입하는 프로세스이다. 이온 주입 시스템들은 이온 소스 및 일련의 빔 라인 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 이온 소스는 이온들이 생성되는 챔버를 포함할 수 있다. 이온 소스는 또한 챔버 근처에 배치된 전원 및 추출 전극 어셈블리를 포함할 수 있다. 빔 라인 컴포넌트들은, 예를 들어, 질량 분석기, 제1 가속 또는 감속 스테이지, 시준기, 및 제2 가속 또는 감속 스테이지를 포함할 수 있다. 광 빔을 조작하기 위한 일련의 광학 렌즈들과 매우 유사하게, 빔 라인 컴포넌트들은 특정 종, 형상, 에너지, 및/또는 다른 품질들을 갖는 이온들 또는 이온 빔을 필터링, 집속, 및 조작할 수 있다. 이온 빔은 빔 라인 컴포넌트들을 통과하고 플래튼 또는 클램프 상에 장착된 기판을 향할 수 있다.
약 1 MeV 이상의 이온 에너지를 발생시킬 수 있는 주입 장치는 종종 고 에너지 이온 주입기, 또는 고 에너지 이온 주입 시스템이라고 지칭된다. 일 유형의 고 에너지 이온 주입기는 소위 탠덤 가속 아키텍처(tandem acceleration architecture)를 이용하고 여기서, 이온들은 제1 열을 통해 고 에너지로 가속되고, 극성(polarity)을 변경하기 위해 전하 교환을 거친 다음, 제2 열에서 제1 에너지의 대략 2배인 제2 에너지로 가속된다. 또 다른 유형의 고 에너지 이온 주입기는 선형 가속기, 즉 LINAC로 불리며, 여기서, 튜브로 배열된 일련의 전극들은 연속의 튜브를 따라 점점 더 고 에너지로 이온 빔을 전도하고 가속하며, 여기서 전극들은 라디오 주파수들에서 RF 전압 신호를 수신한다.
고 에너지 이온이 작업물(일명 "기판"이라고도 함)을 타격할 때, 이온의 주입 외에도, 2차 이온, 전자, 뿐만 아니라 중성자와 같은 핵 입자를 포함하는 다양한 종이 작업물에서 방출될 수 있다. 많은 경우들에서, 패턴화된 주입이 수행되고, 여기서 주입되지 않을 기판의 해당 영역들은 마스킹된다. 예시적인 마스크 물질은 포토레지스트, 예컨대, 유기계 포토레지스트, 탄소 SiO2, SiC를 포함하는 하드 마스크 물질, 또는 다른 물질을 포함한다. 대부분의 일반적인 마스크 물질은 상당한 양의 탄소(C)를 함유한다. 원소 탄소는 14C 동위원소의 소량 뿐만 아니라 약 1.1% 13C 동위원소의 자연 발생 분율을 갖는 12C 동위원소의 우위를 포함를 포함한다. 13C 동위원소는 충분히 에너지 이온으로 충돌될 때, 핵 반응에 의해 변환될 수 있고, 중성자 방출 메커니즘을 통한 방사능 붕괴로 이어질 수 있다.
탄소계 (유기) 포토레지스트, SiC, 탄소 마스크 물질 등과 같은 마스크 물질은 자연적으로 발생하는 1.1% 퍼센티지에 유사한 분율로 13C 동위원소를 통합하는 경향이 있다. 따라서, 공지된 탄소계 마스크 물질은 고 에너지 이온으로 타격될 때, 특히 이온 에너지가 1 MeV를 초과할 때, 그리고 증가하여 어쩌면 이온 에너지가 2-3 MeV를 초과할 때, 중성자 방출에 민감하다.
이러한 방사성 프로세스에서 방출되는 중성자를 흡수하기 위해, 고밀도 폴리에틸렌(high density polyethylene) 또는 붕화 폴리에틸렌 실드(borated polyethylene shield)와 같은 매우 두꺼운 클래딩(cladding)이 기판을 수용하는 주입 챔버에 포함되는 이온 주입기에 설치되어야 할 수 있다. 또한, 중성자 방사선은 일정 시간 동안 지속될 수 있으며, 이온 주입 후 기판을 취급하기 전에 긴 "냉각" 기간에 대한 필요성을 수반한다.
이들 및 다른 고려사항들에 관하여, 본 개시가 제공된다.
일 실시예에서, 기판 어셈블리는 기판 베이스; 및 상기 기판 베이스 상에 배치된 저 방출 주입 마스크를 포함하고, 상기 저 방출 주입 마스크는 탄소 함유 물질을 포함하고, 상기 탄소 함유 물질은 12C 탄소 동위원소 전구체로 형성된 동위원소상(isotopically) 정제된 탄소를 포함한다.
추가적인 실시예에서, 저 방출 주입 마스크는 10 ㎛ 이상의 두께의 층을 갖는 포토레지스트 층을 포함할 수 있고, 상기 포토레지스트 층은 12C 탄소 동위원소 전구체로 형성된 동위원소상 정제된 탄소를 포함한다.
추가 실시예에서, 기판을 주입하는 방법은 기판 상에 저 방출 주입 마스크를 제공하는 단계를 포함할 수 있고, 상기 저 방출 주입 마스크는 동위원소상 정제된 12C 물질을 포함하고, 상기 주입 마스크는 개방 영역 및 마스크 영역을 포함하고, 제1 두께를 갖는다. 상기 방법은 주입 에너지로 기판에 이온 종을 지향시키는 단계를 포함할 수 있으며, 상기 이온 종은 상기 개방 영역에서 기판 내로 주입되고 상기 마스크 영역에서 기판 내로 주입되지 않는다. 이와 같이, 상기 저 방출 주입 마스크는 상기 이온 종들이 제1 두께를 갖고, 동위원소상 불순물이 섞인(impure) 탄소 물질을 포함하는 통상의 주입 마스크에 주입될 때의 제2 중성자 수율보다 낮은 제1 중성자 수율을 발생시킨다.
도 1은 본 개시의 실시예들에 따른 저 중성자 방출을 위한 예시적인 기판 배열을 도시한다.
도 2는 본 개시의 추가적인 실시예들에 따른 저 중성자 방출을 위한 예시적인 기판 배열을 도시한다.
도 3은 본 개시의 추가적인 실시예들에 따른 저 중성자 방출을 위한 다른 기판 배열을 도시한다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예들에 따른 예시적인 이온 주입기 배열을 도시한다.
도 5는 본 개시의 일부 실시예들에 따른 예시적인 프로세스 흐름을 도시한다.
도면이 반드시 축적에 맞을 필요는 없다. 도면들은 단지 표현들이며, 본 개시의 특정 파라미터들을 묘사하도록 의도되지 않는다. 도면들은 본 발명의 예시적인 실시예들을 묘사하기 위한 것이며, 따라서 범위의 제한으로서 고려되지 않는다. 도면에서 번호 넘버링은 같은 요소를 나타낸다.
도 2는 본 개시의 추가적인 실시예들에 따른 저 중성자 방출을 위한 예시적인 기판 배열을 도시한다.
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도 4는 본 발명의 다른 실시예들에 따른 예시적인 이온 주입기 배열을 도시한다.
도 5는 본 개시의 일부 실시예들에 따른 예시적인 프로세스 흐름을 도시한다.
도면이 반드시 축적에 맞을 필요는 없다. 도면들은 단지 표현들이며, 본 개시의 특정 파라미터들을 묘사하도록 의도되지 않는다. 도면들은 본 발명의 예시적인 실시예들을 묘사하기 위한 것이며, 따라서 범위의 제한으로서 고려되지 않는다. 도면에서 번호 넘버링은 같은 요소를 나타낸다.
이하, 본 발명에 따른 장치, 시스템 및 방법에 대한 실시예들은 시스템 및 방법의 실시예들이 도시된 첨부된 도면들을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 시스템 및 방법은 많은 상이한 형태들로 구현될 수 있고, 본 명세서에 개시된 실시예들에 제한되는 것으로 해석되지 않는다. 대신에, 이러한 실시예들은 본 개시가 완전하고 철저할 것이며, 시스템 및 방법의 범위를 당업자들에게 충분히 전달할 수 있도록 제공될 것이다.
편의성 및 명확성을 위해, "상부", "바닥", "상단", "하단", "수직", "수평", "측방", 및 "종방향"과 같은 용어들은 본 명세서에서 도면들에 나타나는 반도체 제조 디바이스의 컴포넌트의 기하학적 형상 및 배향에 관련하여, 이들 컴포넌트 및 이들의 구성 부품들의 상대적인 배치 및 배향을 설명하는데 사용될 것이다. 그 용어는 구체적으로 언급된 단어, 그 파생어, 그리고 유사한 의미의 단어를 포함할 것이다.
본 명세서에서 사용된, 단수로 언급되고 단어 "a" 또는 "an"으로 진행되는 요소 또는 동작은 잠재적으로 복수의 요소 또는 동작을 포함하는 것으로 이해된다. 또한, 본 개시의 "일 실시예"에 대한 언급은 인용된 피처를 또한 포함하는 추가적인 실시예들의 존재를 배제하는 것으로 해석되도록 의도되지 않는다.
본 발명은 고 에너지 주입에 노출될 때 더 낮은 중성자 방출을 보이는 개선된 마스크 물질 및 기판 어셈블리에 대한 접근법들을 제공한다. 다양한 실시예들에서, 동위원소상 정제된 12C 물질로 형성된 탄소계 마스크 층을 사용하는 마스크 물질들 및 기판 어셈블리가 제공된다. 본 명세서에서 사용된, "동위원소상 정제된(isotopically purified) 12C 물질"이란 총 탄소 농도의 함수로서 13C 농도(13C/(13C+12C))가 0.5% 미만이고, 예컨대, 0.1% 미만인 탄소 함유 물질을 의미할 수 있다. 일부 경우에, 동위원소상 정제된 12C 층은 측정 가능하지 않은 13C를 함유하거나 13C의 ppm(part per million) 미만을 함유할 수 있다. 특히, 1.1% 자연비보다 상당히 작은 임의의 13C 농도는 중성자 방출의 비례적 감소를 초래할 것이어서, "동위원소상 정제된 12C"로 설명될 수 있다.
본 발명자들은, 12C 및 13C 둘 모두를 포함하는 고 에너지 주입에 노출될 때 많은 물질이 중성자 방출을 나타낼 수 있지만, 중성자 방출 단면은 상이한 물질에 대하여 상이한 에너지 의존성을 나타낸다는 것을 깨달았다. 특히, 본 실시예는 MeV 범위의 12C와 13C 사이의 중성자 방출에 대한 상이한 에너지 의존성을 이용한다.
일 예로서, 양성(positive) 수소 이온(양성자)에 노출된 13C로부터의 중성자 방출에 대한 단면은 2 MeV 미만의 양성자 에너지에서 10 마이크로반(microbarn) 미만인 것으로 추정된다. 2.5 MeV 초과의 양성자 에너지에서는, 중성자 방출에 대한 단면이 급격히 증가하여, 3 MeV 내지 10 MeV 범위의 이온 에너지에 대해 50 내지 100 밀리반(millibarn)의 범위에 도달하고, 최대 25 MeV의 이온 에너지에 대해 5 밀리반을 초과하는 레벨에 있다. 유사하게, 헬륨 이온에 대해, 500 keV 미만의 에너지에서 13C의 중성자 방출 단면은 1 마이크로반 미만이지만, 1 MeV초과에 대해 1 밀리반 이상의 레벨에 도달하고, 특히, 예를 들어, 2 MeV와 25 MeV 사이의 이온 에너지에 대해 수십 밀리반에서 수백 밀리반까지의 레벨에 도달하여 급격히 증가한다.
대조적으로, 양성 수소 이온(양성자)에 노출된 12C로부터의 중성자 방출에 대한 단면은 2 MeV 미만의 양성자 에너지에서 5 마이크로반 미만으로 추정된다. 양성 수소 이온(양성자)에 노출된 12C로부터의 중성자 방출에 대한 단면은 이온 에너지가 15 MeV를 초과할 때까지 밀리반 범위로 증가하지 않고, 20 MeV 내지 100 MeV 범위의 이온 에너지에 대해 50 내지 100 밀리반 레벨에 도달한다. 유사하게, 헬륨 이온에 대해, 10 MeV 미만의 에너지에서 12C의 중성자 방출 단면은 1 마이크로반 미만이지만, 11 MeV 초과시에는 예를 들어, 11 MeV와 25 MeV 사이의 대략 10 밀리반의 레벨에 도달하도록 급격히 증가한다.
특히, 1 MeV 내지 10 MeV의 이온 에너지 범위는 하나의 상업적 구현의 명명에 대한 실리콘 웨이퍼에 수소를 주입하기 위한 많은 주입 절차의 특성이다. 따라서, 동위원소상 정제된 12C로 형성된 마스킹 물질을 제공함으로써, MeV 범위, 예컨대, 양성자 주입을 위해 1 MeV 내지 약 15 MeV, 헬륨 주입을 위해 최대 약 10 MeV에서 수행되는 이온 주입 프로세스가 훨씬 더 낮은 중성자의 수율로 안전하게 수행될 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예들에 따르면, 포토레지스트 물질은 유기(탄소 함유) 물질들을 사용하여 제조될 수 있으며, 여기서 탄소 함유 물질들은 동위원소상 정제된 12C 탄소 함유 화학물질들로 형성될 수 있다. 포토레지스트 물질이 공지된 프로세스를 사용하여 달리 제조될 수 있어서 포토레지스트 물질은 화학적으로 공지의 포토레지스트 물질과 동일할 수 있지만, 포토레지스트 내의 탄소가 단지 12C 동위원소를 함유한다는 점에서 다르다 (만일 있다면, 14C 또는 13C의 1 ppm 미만과 같은 미량을 무시). 다양한 실시예에 따르면, 등위원소상 정제된 12C 포토레지스트 물질은 이후 공지된 절차에 따라 주입 마스크로서 기판에 적용될 수 있다.
본 개시의 다른 실시예들에 따르면, 탄소 함유 하드 마스크 층이 기판 상에 형성될 수 있으며, 여기서 탄소 함유 하드 마스크 층은 동위원소상 정제된 12C 탄소로 형성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 하드 마스크 층이 화학 기상 증착에 의해 증착되는 경우, 동위원소상 정제된 12C 전구체(precursor) 가스 예컨대 12CH4, 12C2H6 가 하드 마스크 층을 증착하는데 사용될 수 있고, 여기서, 위첨자 '12'는 주어진 화학물질 또는 재질 내의 탄소 물질이 단지 12C 탄소 동위원소(만일 있다면, 14C 또는 13C의 1 ppm 미만과 같은 미량을 무시)를 함유하는 언급된 화학식을 갖는 주어진 화학물질 또는 재질을 나타낸다. 이와 같이, Si12C, 12C, Si12CN 등과 같은 등위원소상 정제된 12C 함유 하드 마스크 층은 공지된 CVD 방법에 의해 증착될 수 있다.
다른 실시예들에서, 하드 마스크 층은 동위원소상 정제된 12C 탄소로 형성된 고체 타겟을 사용하여 스퍼터링, 증발 등을 포함하는 물리적 기상 증착에 의해 증착될 수 있다. 이와 같이, SiC, C, SiCN 등과 같은 하드 마스크 층은 공지된 PVD 방법에 의해 증착될 수 있다.
동위원소상 정제된 12C 하드 마스크 층은 하드 마스크를 형성하기 위해 공지된 절차에 따라 패터닝될 수 있다.
도 1은 본 개시의 실시예들에 따른 저 중성자 방출을 위한 예시적인 기판 배열을 도시한다. 기판(102)이 주입 마스크(104)를 지지하는 기판 배열(100)이 도시되어 있다. 주입 마스크(104)는 기판(102) 내로 주입될 이온들에 대한 주입 패턴을 정의하는데 사용된다. 따라서, 개괄적으로 이온 빔(106)으로 도시된 이온들이 기판 배열(100)에 충돌할 때, 부분(104A), 부분(104B), 부분(104C)으로 도시된 주입 마스크(104)의 상이한 부분들은 이온 빔(106)이 상이한 부분들에 바로 인접한 영역들에서 기판(102) 상에 충돌하는 것을 차단한다. 이온 빔(106)은 마스크 물질이 존재하지 않는 개방 영역(110)에서 기판(102) 내로 주입된다. 본 발명의 실시예들에 따르면, 주입 마스크(104)는 위에서 논의된 바와 같이, 동위원소상 정제된 12C 물질로 형성된 탄소 함유 층일 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 주입 마스크(104)는 주어진 마스크 두께로 형성되며, 여기서 마스크 두께는 화살표의 범위에 의해 제시된 바와 같이 이온 빔(106)의 이온들이 주입 마스크(104)를 완전히 통과하여 이동하고 기판(102)에 부딪히는 것을 방지하기에 적합하다. 주입 마스크(104)의 두께는 기판(102) 내로 주입하기 위한 이온 에너지 및 이온 종에 따라 설정될 수 있다. 주입 절차에서 사용하기 위한 주입 마스크(104)의 예시적인 두께는 수 마이크로미터 내지 수백 마이크로미터(㎛)의 범위일 수 있으며, 이온 에너지는 1 MeV-10 MeV의 범위로 설정되고, 이온 종은 양성자 또는 헬륨이다. 본 발명의 실시예들은 이러한 맥락에 제한되지 않는다. 일부 실시예들에서, 주입 마스크(104)는 포토레지스트 마스크, 스텐실(stencil) 마스크, 또는 하드 마스크(hardmask)일 수 있다. 일부 실시예들에서, 주입 마스크(104)는 단일 층으로 형성될 수 있고, 여기서 층은 동위원소상 정제된 12C 물질로 형성된다.
특히, 다양한 사용 시나리오들에서, 기판 배열(100)은 탠덤 이온 주입기 또는 선형 가속기(LINAC) 주입기와 같은 고 에너지 주입기에 배치될 수 있으며, 여기서, 이온 빔(106)의 이온들은 MeV 범위의 에너지들에서 기판에 충돌할 수 있다. 예를 들어, 이온 빔(106)에 대한 이온 에너지는 다양한 비-제한적 실시예들에서 1 MeV 내지 10 MeV일 수 있다. 주입 마스크(104)에 충돌할 때, 주입 마스크(104)의 탄소 종들의 13C의 결여로 인해, 이온 빔(106)의 이온들에 의해 생성되는 중성자 수율이 억제될 수 있다. 특히, 1-10 MeV 양성 수소 이온들(양성자들) 또는 1-10 MeV 헬륨 이온들에 대해, 주입 마스크(104)에 의한 중성자 방출은 주입 마스크(104)와 동일한 화학적 조성을 갖는 공지의 마스크에 대해 억제될 수 있으며, 여기서 공지의 마스크에서 13C 동위원소는 대략 1.1%의 자연 존재량으로 탄소 종들 내에 존재한다.
도 2는 본 개시의 실시예들에 따른 저 중성자 방출을 위한 다른 예시적인 기판 배열을 도시한다. 기판(102)이 주입 마스크(204)를 지지하는 기판 배열(200)이 도시되어 있다. 도 1에서와 같이, 주입 마스크(204)는 기판(102) 내로 주입될 이온들에 대한 주입 패턴을 정의하기 위해 사용된다. 따라서, 개괄적으로 이온 빔(206)으로 도시된 이온들이 기판 배열(200)에 충돌할 때, 부분(204A), 부분(204B), 부분(204C)으로 도시된 주입 마스크(204)의 상이한 부분들은 이온 빔(206)이 상이한 부분들에 바로 인접한 영역들에서 기판(102) 상에 충돌하는 것을 차단한다.
본 발명의 실시예들에 따르면 주입 마스크(204)는, 개괄적으로 위에서 논의된 바와 같이, 동위원소상 정제된 12C 물질로 형성된 적어도 하나의 탄소 함유 층을 포함하는 다수의 층들로 형성될 수 있다. 도 2에 제시된 바와 같이, 주입 마스크(204)는 상단 층(208) 및 하단 층(210)으로 도시된 외부 층을 포함하는 2개의 층을 포함할 수 있다. 상단 층(208)은 주변과 상단 계면을 가질 수 있고, 여기서 이온 빔(206)은 상단 층(208) 내로 주입된다. 따라서, 상단 층(208)은 동위원소상 정제된 12C 물질로 형성된 탄소 함유 층일 수 있다. 주입 마스크(104)에서와 같이, 상단 층(208)의 두께는, 상단 층(208) 내에 이온 빔(206)을 포함하도록, 이온 빔(206)에 대한 이온 종 및 이온 에너지에 따라 설정될 수 있다. 이러한 방식으로, 하단 층(210)은 상단 층(208)과는 상이한 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 주입 마스크(204)는 상단 층(208) 및 하단 층(210)이 동일한 화학적 조성을 갖는 2개의 탄소 함유 포토레지스트 층들의 세트와 같은 화학적으로 균질한 층들의 세트일 수 있다. 하단 층(210)은 13C 대 12C의 비가 1.1%의 자연 존재비(natural abundance)와 유사하거나 동일한 탄소 종으로 형성된다는 점에서 상단 층(208)과 상이할 수 있다. 이와 같이, 하단 층(210)은 1 MeV 내지 10 MeV 범위의 에너지를 갖는 양성자 또는 헬륨과 같은 이온의 조사를 받을 때, 상단 층(208)의 중성자 방출보다 훨씬 더 높은 중성자 방출을 나타낼 수 있다. 주입 마스크(204)에서의 하단 층(210)의 사용은 비교적 두꺼운 마스크를 제공하는 것을 용이하게 하며, 여기서 마스크의 일부만이 동위원소상 정제된 12C로 형성된 비교적 더 비싼 층으로 형성된다. 다시 말하면, 동위원소상 정제된 12C 마스크 물질은 매우 비쌀 수 있어서, 마스크의 단지 상부 부분에 동위원소상 정제된 12C를 사용하는 것은 비용 절감을 제공할 수 있는 반면, 마스크의 하단 부분은 화학적으로 동일한 물질로 만들어지지만, 13C의 자연적으로 발생하는 동위 조성을 갖는다. 이러한 배열은 마스크의 양쪽 층들이 최소의 추가 비용으로 마스크의 중성자 방출을 감소시키면서, 동일한 프로세스에서 함께 리소그래피로(lithographically) (노출, 현상, 하드 베이킹(hard baked) 등)처리될 수 있다는 이점을 갖는다.
특히, 상단 층(208)의 두께는, 타겟된 주입 에너지에 대해, 이온 빔(206)의 일부 이온들이 상단 층(208)을 완전히 가로질러 하단 층(210) 내로 침투할 수 있지만, 이온 빔(206)의 어떠한 이온들도 기판(102)내로 침투하지 않도록(206A) 할 수 있다. 타겟 주입 에너지에 대해, 이온 빔(206)의 이온들의 에너지가 13C로부터 상당한 양성 중성자를 생성하기 위한 임계 에너지 미만이도록, 예컨대 양성자 이온 빔들에 대해 2.5 MeV 미만이도록 상단 층(208)의 두께가 또한 배열될 수 있다. 달리 말하면, 충분한 두께의 상단 층(208)의 존재는 하단 층(210)이 상당한 양의 13C를 함유하는 동위원소상 불순물이 섞인 탄소로 형성되게 할 수 있는데, 이는 상단 층(208)을 완전히 관통하는 임의의 이온의 에너지가 중성자를 발생시킬 수 없도록 충분히 감소되기 때문이다.
도 3은 본 개시의 실시예들에 따른 저 중성자 방출을 위한 다른 예시적인 기판 배열을 도시한다. 기판 배열(300)이 도시되며, 여기서 기판(102)은 주입 마스크(304)를 지지한다. 도 1 및 도 2에서와 같이, 주입 마스크(304)는 기판(102) 내로 주입될 이온들에 대한 주입 패턴을 정의하는데 사용된다. 따라서, 개괄적으로 이온 빔(306)으로 도시된 이온들이 기판에 충돌할 때, 부분(304A), 부분(304B), 부분(304C)으로 도시된 주입 마스크(304)의 상이한 부분들은 이온 빔(306)이 상이한 부분들에 바로 인접한 영역들에서 기판(102) 상에 충돌하는 것을 차단한다.
본 발명의 실시예들에 따르면 주입 마스크(204)는 전술한 바와 같이, 동위원소상 정제된 12C 물질로 형성된, 적어도 하나의 탄소 함유 층을 포함하는 다수의 층들로 형성될 수 있다. 도 3에 제시된 바와 같이, 주입 마스크(304)는 상단 층(308) 및 하단 층(310)을 포함하는 2개의 층들을 포함할 수 있다. 상단 층(308)은 주변과의 상부 계면을 가질 수 있고, 여기서 이온 빔(306)은 상단 층(308) 내로 주입된다. 따라서, 상단 층(308)은 동위원소상 정제된 12C 물질로 형성된 탄소 함유 층일 수 있다. 상단 층(208)에서와 같이, 상단 층(308) 내에 이온 빔(306)을 함유하거나, 또는 하단 층(310)을 타격하는 경우에도 이온 빔(306)이 중성자를 발생시킬 수 없도록 충분히 이온 빔(306)을 감속시키기 위해, 이온 빔(306)에 대한 이온 종들 및 이온 에너지에 따라 상단 층(308)의 두께가 설정될 수 있다. 이러한 방식으로, 하단 층(310)은 상단 층(308)과 상이한 물질로 형성될 수 있다. 특히, 일부 실시예들에서, 하단 층(310)은 상단 층(308)과 상이한 물질 및/또는 프로세스로 형성될 수 있다. 예를 들어, 하단 층(310)은 하드 마스크 물질일 수 있지만, 상단 층 포토레지스트(308)는 포토레지스트 물질이다.
도 4는 본 개시의 실시예들에 따라 배열된 이온 주입 시스템(400)을 도시한다. 이온 주입 시스템(400)은 이온 빔(412)을 생성할 수 있는 이온 소스(404) 및 추출 어셈블리(406)를 포함할 수 있다. 이온 주입 시스템(400)은 이온 빔(412)을 편향 및 필터링함으로써 질량 분석된 빔을 제공하기 위한 질량 분석기(408)를 포함하는 공지된 컴포넌트를 추가로 포함할 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 이온 주입 시스템(400)은 고 에너지 가속 컴포넌트(410)를 포함할 수 있다. 고 에너지 가속 컴포넌트(410)는 공지된 탠덤 가속기 또는 공지된 선형 가속기를 나타낼 수 있으며, 여기서 고 에너지 가속 컴포넌트(410)는 이온 빔(412)을 1 Mev 초과의 예컨대, 일부 실시예에서, 최대 10 MeV 또는 최대 20 MeV의 이온 에너지로 가속시킬 수 있다. 일부 실시예에서, 이온 주입 시스템(400)은 시준기(414)(컴포넌트는 보정기 자석을 포함할 수 있음), 엔드 스테이션(422)을 추가로 포함할 수 있고, 여기서 기판 어셈블리(416)는 엔드 스테이션(422)에 배치된다. 기판 어셈블리(416)는 기판(418) 상에 배치된 저 방출 주입 마스크(420)를 포함하는 기판(418)으로서 도시된다. 저 방출 주입 마스크(420)는, 전반적으로 전술한 실시예들 중 임의의 실시예에 따라 탄소 함유 마스크로서 배열되며, 저 방출 주입 마스크(420)의 적어도 상단 층은 동위원소상 정제된 12C 물질로 형성된다.
동작시, 이온 빔(412)이 1 MeV 내지 10 MeV와 같은 에너지들에서 기판 어셈블리(416)를 타격할 때, 기판 어셈블리(416)로부터의 중성자 방출은 주입 마스크가 1.1% 13C 범위의 자연 발생 분율과 같은 상당한 13C 분율을 갖는 탄소를 포함하는 공지된 배열과 비교하여 억제된다.
도 5는 본 개시의 일부 실시예들에 따른 예시적인 프로세스 흐름(500)을 도시한다. 블록(502)에서, 고 에너지 이온 주입기의 주입 챔버에 기판이 제공된다. 블록(504)에서, 저 방출 주입 마스크가 기판 상에 제공된다. 다양한 실시예에서, 저 방출 주입 마스크는 상술한 바와 같이 동위원소상 정제된 12C로 형성된 탄소 함유 층을 포함한다. 일부 실시예들에서, 저 방출 주입 마스크는 단일 층일 수 있는 반면, 다른 실시예들에서 다수의 층들을 포함할 수 있다.
블록(506)에서, 이온 빔이 고 에너지 이온 주입기에 생성되고, 이온 빔은 빔라인을 따라 고 이온 에너지로 가속된다. 고 이온 에너지는 다양한 비-제한적 실시예들에서 1 MeV 초과, 3 MeV 초과, 5 MeV 초과, 10 MeV 이하의 범위일 수 있다. 일 예로서, 이온 주입기는 수소 이온들, 헬륨 이온들, 또는 다른 이온들을 가속시키도록 배열된 탠덤 가속기(tandem accelerator)일 수 있다. 본 발명의 실시예들은 이러한 맥락에 제한되지 않는다. 추가적인 실시예들에서, 이온 주입기는 이온들을 1 MeV 내지 10 MeV 범위의 이온 에너지로 가속시킬 수 있는 선형 가속기일 수 있다. 이와 같이, 탠덤 가속기 또는 선형 가속기를 통한 가속 후에, 이온 빔은 1 MeV 내지 10 MeV 범위의 고 에너지를 갖는 빔라인의 다운스트림 부분에 출현할 수 있다.
블록(508)에서, 고 에너지 이온들은 기판으로 지향되며, 고 에너지 이온들은 저 방출 주입 마스크의 개방 영역들에서 기판 내로 주입되고, 고 에너지 이온들은 저 방출 주입 마스크에서 포획된다. 이와 같이, 주입 프로세스 동안, 저 주입 마스크와 화학적으로 유사한 공지된 주입 마스크를 사용하는 시나리오에 비해 중성자 수율이 억제될 수 있고, 공지된 주입 마스크는 동위원소상 불순물이 섞인 탄소로 형성되고, 13C의 존재비가 예컨대 1.1 원자%의 범위 내에 있을 수 있다.
상기의 관점에서, 적어도 다음의 장점들은 본원에 개시된 실시예들에 의해 달성된다. 첫번째 장점으로서, 기판 상에 동위원소상 정제된 12C 함유 저 방출 주입 마스크를 제공함으로써, 약 1 MeV 내지 10 MeV 사이와 같은 MeV 범위의 에너지에서의 이온 주입 동안 중성자 방출이 감소될 수 있다. 두 번째 장점으로서, 13C 동위원소의 ~1% 분율로 형성된 탄소 함유 마스크에 고 에너지 주입 후에 생성된 방출과 같이, 주입 후 중성자 방출이 회피될 수 있는, 주입 후 "냉각" 기간이 회피될 수 있기 때문에, 고 에너지 주입 후의 기판 처리가 개선될 수 있다.
본 개시의 특정 실시예들이 본 명세서에 설명되었지만, 본 개시는 본 발명이 허용하는 범위 만큼 광범위하고 본 명세서가 유사하게 판독될 수 있기 때문에, 이에 제한되지 않는다. 따라서, 상기 설명은 제한적인 것으로 해석되지 않는다. 당업자라면 본원에 첨부된 청구항의 범위 및 사상 내에서 다른 변형을 구상할 것이다.
Claims (20)
- 기판 어셈블리에 있어서,
기판 베이스(substrate base); 및
상기 기판 베이스 상에 배치된 저 방출 주입 마스크로서, 상기 저 방출 주입 마스크는 탄소 함유 물질을 포함하고, 상기 탄소 함유 물질은 12C 탄소 동위원소 전구체로 형성된 동위원소상(isotopically) 정제된 탄소를 포함하는, 상기 저 방출 주입 마스크를 포함하는, 기판 어셈블리. - 제1항에 있어서, 상기 저 방출 주입 마스크는 0.5% 미만의 13C 탄소 동위원소 농도를 특징으로 하는, 기판 어셈블리.
- 제1항에 있어서, 상기 저 방출 주입 마스크는 0.1% 미만의 13C 탄소 동위원소 농도를 특징으로 하는, 기판 어셈블리.
- 제1항에 있어서, 상기 저 방출 주입 마스크는 동위원소상 정제된 12C로 형성된 외부 층, 및 상기 외부 층 아래의, 동위원소상 불순물이 섞인(impure) 탄소로 형성된 하단 층을 포함하는, 기판 어셈블리.
- 제1 항에 있어서, 상기 저 방출 주입 마스크는 적어도 10㎛의 두께를 포함하는, 기판 어셈블리.
- 제4항에 있어서, 상기 외부 층은 적어도 10㎛의 두께를 포함하는, 기판 어셈블리.
- 제1 항에 있어서, 상기 저 방출 주입 마스크는 포토레지스트 물질 또는 하드 마스크(hardmask) 물질을 포함하는, 기판 어셈블리.
- 저 방출 주입 마스크에 있어서,
10㎛ 이상의 두께를 갖는 포토레지스트 층(photoresist layer)으로서, 상기 포토레지스트 층은 12C 탄소 동위원소 전구체로 형성된 동위원소상 정제된 탄소를 포함하는, 상기 포토레지스트 층을 포함하는, 저 방출 주입 마스크. - 제8항에 있어서, 상기 포토레지스트 층은 0.5% 미만의 13C 탄소 동위원소 농도를 특징으로 하는, 저 방출 주입 마스크.
- 제8항에 있어서, 상기 포토레지스트 층은 0.1% 미만의 13C 탄소 동위원소 농도를 특징으로 하는, 저 방출 주입 마스크.
- 제8항에 있어서, 상기 포토레지스트 층은 동위원소상 정제된 12C로 형성된 외부 층, 및 상기 외부 층 아래의 동위원소상 불순물이 섞인 탄소로 형성된 하단 층을 포함하는, 저 방출 주입 마스크.
- 기판 주입 방법에 있어서,
기판 상에 저 방출 주입 마스크를 제공하는 단계로서, 상기 저 방출 주입 마스크는 동위원소상 정제된 12C 물질을 포함하고, 상기 주입 마스크는 개방 영역 및 마스크 영역을 포함하고, 제1 두께를 갖는, 상기 저 방출 주입 마스크를 제공하는 단계; 및
주입 에너지로 상기 기판에 이온 종을 지향시키는 단계;를 포함하고,
상기 이온 종은 상기 개방 영역에서 상기 기판 내로 주입되고 상기 마스크 영역에서는 상기 기판 내로 주입되지 않고,
상기 저 방출 주입 마스크는, 상기 이온 종들이, 제1 두께를 갖고 동위원소상 불순물이 섞인 탄소 물질을 포함하는 통상의 주입 마스크에 주입될 때의 제2 중성자 수율보다 낮은 제1 중성자 수율을 발생시키는, 방법. - 제12항에 있어서, 상기 저 방출 주입 마스크는 0.5% 미만의 13C 탄소 동위원소 농도를 특징으로 하는, 방법.
- 제12항에 있어서, 상기 저 방출 주입 마스크는 0.1% 미만의 13C 탄소 동위원소 농도를 특징으로 하는, 방법.
- 제12항에 있어서, 상기 저 방출 주입 마스크는 동위원소상 정제된 12C로 형성된 외부 층, 및 상기 외부 층 아래의 동위원소상 불순물이 섞인 탄소로 형성된 하단 층을 포함하는, 방법.
- 제12항에 있어서, 상기 저 방출 주입 마스크는 포토레지스트 물질 또는 하드 마스크 물질을 포함하는, 방법.
- 제12항에 있어서, 상기 주입 에너지는 100 keV 내지 10 MeV인, 방법.
- 제12항에 있어서, 상기 주입 에너지가 1 MeV 초과인, 방법.
- 제12항에 있어서, 상기 주입은,
상기 이온 종을 이온 주입기의 빔라인을 따라 고 이온 에너지에, 이온 빔으로 가속시키는 단계를 포함하는, 방법. - 제19항에 있어서, 상기 이온 주입기는 선형 가속기 또는 탠덤 가속기(tandem accelerator)를 포함하는, 방법.
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