專利名稱：采用射頻四極線性加速器引入用于半導(dǎo)體材料的粒子的設(shè)備和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
加工的帶電并立子的i殳備和方法的纟支術(shù)。更具體地，該i殳備和方法的 實施方式提供了 一種系統(tǒng)，其采用線性加速器(直線加速器，Linac ), 如射頻四極線性加速器，以獲;f尋MeV能級的粒子束用以生產(chǎn)用于 包括光伏電池的器件應(yīng)用的能夠自支撐(或自立)的可分離的一個 或多個半導(dǎo)體膜。但是應(yīng)該理解到，本發(fā)明具有更廣泛的適用性； 其還能夠應(yīng)用于其他類型的應(yīng)用，例如用于三維封裝集成半導(dǎo)體器 件、光子器件或光電器件、壓電器件、平板顯示器、孩吏電子扭4成系 統(tǒng)("MEMS")、納米技術(shù)結(jié)構(gòu)、傳感器、致動器、集成電^各、生 物和生物醫(yī)療裝置等。
背景技術(shù)：
人類很久以前就依賴于"太陽，，來獲得幾乎所有可用形式的能 量。這種能量來自于石油、輻射、木材和各種熱能的形式。4又作為 舉例，人類已嚴(yán)重依賴于石油資源(如煤和天然氣)來滿足他們的多種需要。不幸的是，這些石油資源已經(jīng)逐漸枯竭并已導(dǎo)致其^f也問 題。作為部分替代，已經(jīng)提出了利用太陽能來降低我們對石油資源 的依賴性。^又作為舉例，太陽能可來源于通常由硅制成的"太陽能 電池"。
當(dāng)暴露于來自太陽的太陽輻射時，硅太陽能電池產(chǎn)生電能。輻
射與^e圭原子相互作用而形成電子和空穴，電子和空穴遷移到硅本體 中的p-摻雜區(qū)和n-摻雜區(qū)并在摻雜區(qū)之間產(chǎn)生電壓差和電流。取決 于用途，已經(jīng)將太陽電池與聚光元件(或集中元件，concentrating elements)集成以提高效率。例如，采用聚光元件將太陽輻射聚集 并聚焦，該聚光元件將這種輻射引導(dǎo)到活性光伏材料的一個部分或 多個部分。盡管這些太陽電池是有效的，但仍然具有"i午多限制。
僅作為舉例，太陽電池依賴于原材料，例如硅。這種硅通常是 采用多晶態(tài)硅和/或單晶硅材料而制成。這些材料經(jīng)常難于生產(chǎn)。多 晶石圭電池經(jīng)常是通過加工多晶石圭板而形成的。盡管這些石圭板可以高 效地形成，卻它們卻并不具有高效太陽能電池的最佳性能。單晶石圭 具有適用于高級太陽電池的性能。然而，這種單晶硅造價高，而且 很難以高效率和低成有效的方式用于太陽能應(yīng)用。 一般而言，薄月莫 太陽電池較廉價，但與由單晶硅基板(substrate )制成的造價4交高 的塊狀珪電池(bulk silicon cell)相比，其效率較低。盡管用于形成 太陽電池或其他材料薄膜的常規(guī)技術(shù)也能取得成功，^旦是仍然存在 許多限制。
由上文可見，用于生產(chǎn)半導(dǎo)體材沖+的成本有效和高效率的^支術(shù) 是所期望的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明總體上涉及包括引入用于半導(dǎo)體材料加工的帶電粒子 的設(shè)備和方法的技術(shù)。更具體而言，該設(shè)備和方法提供了一種系統(tǒng)，
其采用線性加速器，例如射頻四極線性加速器(RFQLinac),以獲 得MeV能級的粒子束，用于制造一種或多種用于包4舌光伏電;也的 器件應(yīng)用的能夠自支撐的可分離半導(dǎo)體膜。但是應(yīng)該認(rèn)識到，本發(fā) 明具有更廣泛的適用性；其也能夠應(yīng)用于其他類型的應(yīng)用，例力o用 于三維封裝集成半導(dǎo)體器件、光子器件或光電器件、壓電器件、平 板顯示器、樣史電子才幾械系統(tǒng)("MEMS")、納米4支術(shù)結(jié)構(gòu)、傳感器、 致動器、集成電路、生物和生物醫(yī)療4義器等。
在一種具體實施方式
中，本發(fā)明提供了一種用于引入帶電粒子 以制造用于器件應(yīng)用的能夠自支撐的可分離的一個或多個半導(dǎo)體 膜的設(shè)備。該設(shè)備包括用來產(chǎn)生多個帶電粒子的離子源。在一種具 體實施方式中，該離子源可以是電子回旋共^展(ECR)或微波離子 源。多個帶電粒子被校準(zhǔn)(或準(zhǔn)直，collimate)為第一能級的射束。 另夕卜，該設(shè)備包括編號為1至N (其中N是大于1的整數(shù))的多個 模塊化射頻四極(RPQ )元件。該多個才莫塊化RFQ元件中的每一個 彼此接連耦合而形成RFQ線性加速器。編號為1的RFQ元件經(jīng)由 j氐能級射束引出(或射束才是取，beam extraction)和聚焦元件而誄禺 合于離子源。該設(shè)備通過多個才莫塊化RFQ線性加速器元件中的每 一個來控制第一能級的帶電粒子束并將其加速成具有第二能i^的 帶電粒子束。該設(shè)備進(jìn)一步包括耦合于(或連接于)RFQ線性加速 器中編號為N的RFQ元件的輸出孔。在一種優(yōu)選實施方式中，該 i殳備包4舌射束擴展器(beam expander )、可能的(potential)射束成 形光學(xué)裝置、質(zhì)量分析、和/或耦合于輸出孔的射束掃描器，以提供 擴展的且成形的帶電粒子束。在一種具體實施方式
中，提供了包含 表面區(qū)域的工件。該工件能夠采用第二能級的擴展帶電粒子束注入而在工件厚度內(nèi)以一定深度提供多個雜質(zhì)粒子。在一種特定實施方
式中，多個雜質(zhì)粒子從該表面區(qū)域以大于約20 pm、以及可能大于 約50 pm的深度形成解理區(qū)i或(cleave region )。
在一種可替換的特定實施方式中，本發(fā)明提供了 一種用于引入 帶電粒子以用于生產(chǎn)用于器件應(yīng)用的能夠自支撐(或)的一個或多 個可分離的半導(dǎo)體材料的設(shè)備。該設(shè)備包括用來產(chǎn)生第 一多個準(zhǔn)直 帶電粒子的離子源。該第一多個準(zhǔn)直帶電粒子被設(shè)置為第一能級。 該設(shè)備進(jìn)一步包括射頻四極(RFQ)線性加速器子系統(tǒng)，用于S尋具 有處于第一能級的第一多個帶電粒子聚焦并加速為具有第二能級 的射束。另外，該設(shè)備包括編號為1至N的彼此接連耦合的多個才莫 塊化射頻(rf)四極/漂移管(RQD)元件。N是大于1的整數(shù)。在 一種特定實施方式中，編號為1的元^f牛耦合于RFQ線性加速器子 系統(tǒng)。多個模塊化RQD元件中的每一個包括沿著圓柱形中空結(jié)構(gòu) 的長軸的^又部件漂移管(two-part drift-tube),其中^又告卩件漂移管的 每一部件由徑向管柱(radial stem)支撐，主次兩個部件都具有沖旨 向雙部件漂移管的相對端的兩個桿以形成射頻四才及。適當(dāng)增加4M妾 RQD元件的雙部件漂移管之間的空間間隙，以用于通過多個模塊4t RQD元件中的每一個將具有第二能級的射束加速為具有第三能級 的射束。該設(shè)備進(jìn)一步包括耦合于編號為N的RQD元件的輸出孑L。 在一種優(yōu)選實施方式中，該設(shè)備包括射束擴展器、成形器和耦合于 輸出孔的質(zhì)量分析光學(xué)元件。射束擴展器被構(gòu)造為將第三能級的射 束處理成能夠注入多個帶電粒子的擴展的射束尺寸。才艮據(jù)本發(fā)明的 設(shè)備包括可操作地耦合于射束擴展器的處理室。包含表面區(qū)域的工 件設(shè)置在處理室內(nèi)。在一種特定的實施方式中，能夠采用第三能紐、 的多個粒子注入該包括表面區(qū)域的工^f牛。優(yōu)選地，多個雜質(zhì)粒子,人 工件表面區(qū)域以大于約20 )am、可能大于約50 |iim的深度形成解理 區(qū)域。在另一種可替換的特定實施方式中，本發(fā)明提供了一種用于引 入帶電粒子以制造用于器件應(yīng)用的能夠自支撐的可分離的 一個或 多個半導(dǎo)體材料的方法。該方法包括利用離子源產(chǎn)生具有射束電力乾 的第一能級帶電粒子束。另外，該方法包括通過耦合于離子源的射
頻四極(RFQ)線性加速器將第一能級的射束轉(zhuǎn)換成第二能級的射 束。RFQ線性加速器包含編號為1至N (其中N是大于1的整凄史) 的多個才莫塊化RFQ元件。該方法進(jìn)一步包括用井禹合于RFQ線'l"生力口 速器的射束擴展器處理第二能級的射束，以將其擴展到能夠注入帶 電粒子的射束尺寸。而且，該方法包才舌將第二能級的射束通過穿面 區(qū)域輻射至工件中。工件:帔安裝在處理室內(nèi)，處理室以這樣的方式 耦合于射束擴展器，即，使得具有一定射束尺寸的第二能級射束能 夠掃描過整個表面區(qū)域并且能夠從工件的表面區(qū)域以大于約20 !arn、以及可能大于約50 pm的深度產(chǎn)生具有平均注入劑量的解理 區(qū)域。
在才艮據(jù)本發(fā)明實施方式的其他可—#代形式中，采用成本有,文的 線性加速器系統(tǒng)將帶電粒子束加速至1 MeV以上高達(dá)5 MeV。這種 線性加速器系統(tǒng)可以包括射頻四極或漂移管、或者它們的組合，以 提供帶電粒子束。帶電粒子束可被進(jìn)一步擴展，即，可采用耦合于 線性加速器系統(tǒng)輸出孔的射束擴展器來增加其射束直徑。擴展的射 束是用于注入到工件中的具有受控劑量率的高能帶電粒子束。該工 件可以是安裝于可操作地耦合于射束擴展器的處理室內(nèi)的托盤裝 置(tray device)中的一個或多個塊一犬(tile-shaped)半導(dǎo)體材泮牛。 能夠采用擴展的高能帶電粒子束在工件厚度內(nèi)以一定深度來注入 工件。在一種特定的實施方式中，多個雜質(zhì)粒子從表面區(qū)域以一定 深度形成解理區(qū)i或以限定可分離材并+厚度。在一種凈爭定實施方式 中，該可分離材料的厚度可以是大于約20pm的厚度，可能是大于 約50pm的厚度。當(dāng)然，還可以存在其他變體、修改和替代形式。釆用本發(fā)明的實施方式實現(xiàn)了優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)的許多益處。具體 而言，本發(fā)明的實施方式采用的設(shè)備和方法包括利用成本有效的線 性加速器系統(tǒng)和射束擴展器以提供用于厚層轉(zhuǎn)移技術(shù)的高能注入 工藝的粒子束。這種線性加速器系統(tǒng)可以包括^旦不限于，漂移管才支
術(shù)、射頻四才及(常稱為RFQ)、射頻聚焦交叉指(radio frequency interdigited )(常稱作RFI )、或其他線'性加速方法、或它們的組合， 以及其他合適的技術(shù)。在一種特定實施方式中，該設(shè)備包括射束擴 展器，其所提供的射束具有所需的功率通量，該功率通量充分^f氐于 導(dǎo)致待注入材料過度損傷的最低通量、但又足夠高可以以高效方法 均勻J4以平方米尺寸等施加在工件上。在一種伊乙選的實施方式中， 線性加速器系統(tǒng)提供了 一種注入工藝，該工藝在供體基板中形成由 解理平面限定的可轉(zhuǎn)移材料的厚度?？赊D(zhuǎn)移材3扦的厚度可以被進(jìn)一 步處理以才是供用于i者如光伏器件、3DMEMS或集成電路、IC去于裝、 半導(dǎo)體器件、它們中的任意組合等應(yīng)用的高質(zhì)量半導(dǎo)體材料。在一 種優(yōu)選的實施方式中，除了其他以外，該方法提供了用于高效光伏 電池的單晶硅厚膜。根據(jù)本發(fā)明的一種可替換的優(yōu)選實施方式，可 以提供種子層(seed layer )，該種子層能夠進(jìn)一步提供異質(zhì)結(jié)構(gòu)外 延工藝的成層(layering)。除了其他以外，這種異質(zhì)結(jié)構(gòu)外延工藝 能夠用于形成薄型多結(jié)光伏電池。僅作為舉例，GaAs和GalnP層 可以以異質(zhì)外延方式沉積到鍺種子層上，該種子層是采用根據(jù)本發(fā) 明實施方式的注入方法而形成的轉(zhuǎn)移層(transferred layer )。根才居i亥 實施方式，可實i見這些益處中的一種或多種。
在已知工藝技術(shù)的背景下，本發(fā)明實現(xiàn)了這些益處以及其他益 處。然而，對本發(fā)明的性質(zhì)和優(yōu)點的進(jìn)一步理解，通過參照說明書 的后續(xù)部分以及附圖可以實J見。


圖1是圖示根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式用于引入制作半導(dǎo)體才才
料的可分離自支撐膜的帶電粒子的設(shè)備簡圖2是圖示根據(jù)本發(fā)明實施方式產(chǎn)生多個高能帶電粒子的方法 的簡化流程圖3是圖示根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式從基板形成可分離厚膜 的頂^L圖的簡圖4是圖示^4居本發(fā)明的一種實施方式將帶電粒子注入半導(dǎo)體 材料的方法的簡圖5是圖示根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式通過解理工藝從半導(dǎo)體 基板上形成的自支撐式膜的筒圖6是圖示才艮據(jù)本發(fā)明的一種實施方式從半導(dǎo)體基才反上形成可 分離厚膜的方法的簡圖7是圖示根據(jù)本發(fā)明的用于實施注入的設(shè)備的一種實施方式 的組件的簡化示意圖7A示出了圖7的設(shè)備中離子源和低能射束傳輸部分的放大 示意圖。
圖7B示出了圖7設(shè)備中的線性加速器的》丈大示意圖。 圖7C示出了圖7設(shè)備中的射束掃描器的放大示意圖。
14圖7D-G示出了根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式高能粒子束在工件 表面上仿真掃描的各種標(biāo)繪圖。
圖8是根據(jù)本發(fā)明實施方式4吏用的計算才幾系統(tǒng)的示意圖。
圖8A是圖8的計算機系統(tǒng)的基本子系統(tǒng)的圖示。
具體實施例方式
本發(fā)明總體上涉及包括引入帶電粒子用于半導(dǎo)體材料加工的 i殳備和方法的^支術(shù)。更具體而言，本i殳備和方法^是供了一種系統(tǒng)， 其采用線性加速器，例如射頻四極線性加速器，以獲得MeV能級 的粒子束，用于生產(chǎn)用于包括光伏電池的器件應(yīng)用的能夠自支撐的 一個或多個可分離的半導(dǎo)體膜。但是應(yīng)該認(rèn)識到，本發(fā)明具有更廣 泛的適用性；其也能夠應(yīng)用于其他類型的應(yīng)用，例如用于三維封裝 集成半導(dǎo)體器件、光子學(xué)或光電器件、壓電器件、平板顯示器、樣丈 電子枳4成系統(tǒng)("MEMS")、納ilU支術(shù)結(jié)構(gòu)、傳感器、致動器、集 成電路、生物和生物醫(yī)療儀器等。
對于以下披露內(nèi)容，"自支撐(或自立)式膜"或"自支撐(或 自立)層"被定義為即使不與支撐件如處理或轉(zhuǎn)移基板接觸，也能 夠一直保持其結(jié)構(gòu)完整性(即不破碎或斷裂)的材料膜。典型地， 非常薄的膜(例如厚度小于約5~10 jum的硅膜)不能在不發(fā)生斷裂 的情況下進(jìn)行處理。傳統(tǒng)上，這種薄膜利用支撐結(jié)構(gòu)進(jìn)行操作，還 可能需要該支撐結(jié)構(gòu)以首先產(chǎn)生薄膜。處理較厚的膜(即厚度為 20 50 pm的硅膜)，可以借助于使用支撐物，但是這種支撐物并不 是強制性的。因此本發(fā)明的實施方式涉及厚度大于20 pm的自支撐 硅膜的制作。根據(jù)本發(fā)明的實施方式并不限于形成自支撐式膜?？商鎿Q的實 施方式可以涉及通過基板支撐的膜的形成。而且，無"i侖在太陽光伏 應(yīng)用中Y吏用的膜在光伏電池加工期間是否確實能夠自支撐還是由 處理或轉(zhuǎn)移基板來支撐，所加工的電池通常都被安裝到機械表面上
如用于最終應(yīng)用作為光伏才莫塊集成部件(integral part )的玻璃或塑料。
并且對于以下披露內(nèi)容，"塊狀材料"是指以塊狀形式存在的 材料。這種塊狀材料的實例包括如生長的基本圓形的單晶硅或其他 類似材一牛4定(ingot)或塊(boule),或者生長的單晶,圭4定或具有經(jīng) 刮削而呈除基本圓形橫斷面之外的側(cè)面的其他類似材料。塊狀材料 的其他實例包括呈為方形、矩形或梯形的多晶石圭板或晶塊。塊狀材 料的其他實例將在下文中進(jìn)行描述。
圖1是圖示根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式用于引入帶電粒子的i殳 備的簡圖，該帶電粒子用于制造用于器件應(yīng)用的半導(dǎo)體材料的可分 離的自支撐式膜。該圖僅為舉例，其不應(yīng)該過度限制本文中所述卄又 利要求的范圍。本領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員將識別許多變體、修改和 替代形式。如所示，設(shè)備l引入帶電粒子，以制造用于器件應(yīng)用的 能夠自支撐的一個或多個可分離的半導(dǎo)體膜。更具體而言，設(shè)備1 包4舌兩個系統(tǒng)，即作為帶電并立子束發(fā)生系統(tǒng)的系統(tǒng)3和作為射束施 加系統(tǒng)的系統(tǒng)5。系統(tǒng)3包括以下組件離子源IO、用來捕獲和引 導(dǎo)第一能級的初始離子束12的低能射束傳輸單元15、多個模塊化 射頻四才及或其他線性加速器元件40、 RF動力系統(tǒng)20、真空系統(tǒng)30、 高能射束傳輸(HEBT)單元53以及射束成形、質(zhì)量分析和射束掃 描器和擴展器55。質(zhì)量分析和射束掃描器能夠用于選擇適合應(yīng)用的 合適粒子。另外，單元55中具有合適厚度的過濾基^^反，可以用于 進(jìn)一步最小化不需要的污染粒子。系統(tǒng)5是耦合于射束擴展器55 的處理室，其中應(yīng)用具有擴展后的射束直徑的第二能級帶電粒子束
1658。系統(tǒng)5進(jìn)一步包含工件70、托盤裝置75、 2-軸移動臺架。另夕卜， 系統(tǒng)3和系統(tǒng)5兩者都連接到^是供才乘作和處理控制的計算機系統(tǒng) 90。
在一種特定實施方式中。設(shè)備l包括離子源10,以產(chǎn)生多個帶 電粒子。耳又決于不同的實施方式，離子源能夠通過電子回旋共振 (ECR)、微波產(chǎn)生的等離子體、電感耦合等離子體、等離子體基 石茲控管離子源、或潘寧源(penning source )等產(chǎn)生。本領(lǐng)i或的普通 才支術(shù)人員將識別許多其他變體、》》改和^^代形式。在一種優(yōu)選的實 施方式中，多個帶電粒子被準(zhǔn)直為具有第一能級的第一射束12。
再參照圖1,第一能級的第一射束12通過低能射束傳輸 (LEBT)單元15引導(dǎo)進(jìn)入線性加速器子系統(tǒng)。該線性加速器子系 統(tǒng)包括編號為1至N的彼此連續(xù)耦合的多個模塊化射頻四極(RFQ ) 元件40。例如，例如，LEBT單元基于含有安裝在三軸臺上電才及的 單個4交4妻的單透《竟(Einzellens),該三軸臺可用來引導(dǎo)第一射束12 到RFQ孔中。 一黃向運動用于引導(dǎo)第一射束12進(jìn)入RFQ元件40。 透鏡電壓和縱向運動能夠用于在多個RFQ元件40中優(yōu)化第一能級 的第一射束12。在其他實施方式中，f茲約束，如多個螺線管產(chǎn)生的 磁約束，也能夠用于提供射束成形以及向?qū)щ娏Ｗ犹崛〉骄€性加 速器(RJF)元件中。
在一種特定實施方式中，多個才莫塊化RFQ元件40能夠用于將 第一能級的帶電粒子第一射束聚束、聚焦和加速為第二能級的第二 射束。特別地，多個才莫塊化RFQ元件40中的每一個構(gòu)造為在RF 圓^主形結(jié)構(gòu)中以200 MHz共4展頻率工]乍的RF共l展月空。RF圓柱形 結(jié)構(gòu)可包括能夠限定或一黃向聚焦高能帶電粒子的四極電極。在一個 實例中，四極電極被構(gòu)造為控制該腔內(nèi)的電場分布。其可以是葉片 或支柱^呆持結(jié)構(gòu)(或支持結(jié)構(gòu)，holding configuration )。四才及電才及可以被構(gòu)造為控制射束中帶電粒子的分布，使得當(dāng)粒子在加速方向上
時暴露于電場中，且當(dāng)粒子在減速方向上時與電場屏蔽。其中RF
電場的凈效應(yīng)是加速第一射束12的效果。在一種可^,:換的實施方
式中，RFQ元件40,或者具體地是編號為2至N的RFQ元件可以 將RF四極與漂移管技術(shù)結(jié)合，以及與其他線性加速器構(gòu)造(RFID、 QFI等)結(jié)合。第一射束能夠通過多個才莫塊化RFQ元件40而^皮加 速成為第二能級射束。在一種特定實施方式中，在編號為N的RFQ 元件上的輸出孔處，第二能級可以在1MeV 5MeV的范圍內(nèi)。
再參照圖1,多個才莫塊化RFQ元件40由RF能量系統(tǒng)20驅(qū)動， 該RF動力系統(tǒng)能夠供應(yīng)至少50kW的連續(xù)波(CW)l命出和/或150 kW占空比(duty)為約30%的月永沖車命出。例如，RF動力系統(tǒng)20 可以i殳定高達(dá)1000 MHz的#/(乍功率，而負(fù)才及額定功率為至少2.5 kW。還有其4也實施方式例如^f吏用三才及管、四才及管、速調(diào)管 (Klystrodes )、感應(yīng)輸出管(IOT )或同軸IOT ( C-IOT )以提供這 種RF功率轉(zhuǎn):換。RF動力系統(tǒng)和多個才莫塊化RFQ元件中的每一個 都耦合于冷卻系統(tǒng)(未示出)以防止該系統(tǒng)過熱。例如，；令卻系統(tǒng) 可以含有采用水或其他冷卻液的多個平4亍冷卻回i 各。在另 一種實施 方式中，^氐能射束傳輸單元和多個才莫塊化RFQ元件中的每一個都 i殳置在高真空環(huán)境30中。例如，可以采用至少一個或多個400升/ 秒的渦輪分子真空泵來提供范圍為低于5xl0—7托的真空。當(dāng)然，還 可具有其他變體、^修改和替代形式。
如圖1所示，粒子發(fā)生系統(tǒng)3進(jìn)一步包括在編號為N的RFQ 元件輸出孔處的高能射束傳輸(HEBT)單元53,用于捕獲和引導(dǎo) 射束進(jìn)入射束擴展器55。例如，射束擴展器可以采用通過四極、六 極、八極/或更高多極結(jié)構(gòu)的多個磁體而維持的萬茲場來將帶電粒子束 均勻地再分布為具有更大直徑的射束。射束擴展也能夠通過射束產(chǎn) 生一定距離的漂移而發(fā)生，其中射束將會自然擴展為所需的射束直徑和射束通量空間分布。采用射束擴展器，第二能級的帶電粒子束
58在基纟反上能夠具有高達(dá)500 mm的射束直徑。擴展的射束直徑降 低了高能粒子的功率通量從而避免了基板過熱。擴展的射束也防止 了基板的外形損壞。另外，進(jìn)入基板的離子的優(yōu)化劑量率能夠通過 至少射束直徑調(diào)節(jié)以及射束電流控制而提供。例如，擴展的帶電離 子束的總電流能夠高達(dá)20 mA。采用500 mm的射束直徑，功率通 量能夠控制到50 W/cn^以下，此時功率通量低至足以使擴展的射 束能夠發(fā)生慢掃描(或甚至不掃描)而不發(fā)生表面過熱。例如，采 用更小的射束直徑如5 cm (用于在每一 晶塊內(nèi)產(chǎn)生圖案化的注入劑 量分布)，功率通量就能高達(dá)5 10kw/cm2,并需要i茲或靜電快速掃 描而避免表面過熱。在另一種實施方式中，射束擴展器的車lr出端口 直才妾一禺合于射束施力口系統(tǒng)(beam application system ),其中擴展的帶 電粒子束能夠用于注入到例如半導(dǎo)體基才反中。注入的半導(dǎo)體基板可 以進(jìn)一步加工成一個或多個自支撐的厚膜，而用于諸如光伏電池的 應(yīng)用中。而且，HEBT可包含用于磁或電質(zhì)量分析的元件，以提供 僅僅是所需的物種進(jìn)入基板。這將使得一些射束可以成形并使得可 以改變射束方向，以改進(jìn)整個系統(tǒng)的封裝。
在一種實施方式中，可才喿作地耦合于射束擴展器的系統(tǒng)5可以 是能夠^接收高能帶電粒子束的處理室。在一種特定實施方式中，可 以采用擴展的射束提供MeV能級的高能帶電粒子束。例如，工件 70 (其可以是一個或多個塊狀半導(dǎo)體材料)可安裝于托盤裝置75 上并暴露于高能帶電粒子束。在一種具體實施方式
中，工件可以被 安排為基本垂直于高能帶電粒子束的方向。在另一種實施方式中， 4乇盤裝置可以包括^又軸工作臺(stage ) 80,通過該工作臺，4乇盤裝 置75能夠進(jìn)行2維移動，由此使得高能帶電粒子束能夠跨工件的 整個表面進(jìn)行掃描。在另一種實施方式中，也可以采用工件在三維 方向中進(jìn)行移動，以提高系統(tǒng)性能。當(dāng)然，還可具有其他變體、修 改和^#代形式。
19再參照圖1，控制系統(tǒng)90耦合于該設(shè)備。該控制系統(tǒng)可以是計 算機系統(tǒng)。控制系統(tǒng)為系統(tǒng)3和系統(tǒng)5分別提供運行和處理控制。 對于系統(tǒng)3,能夠調(diào)節(jié)離子源10來提供具有所需電流(例如高達(dá) 30 mA)的準(zhǔn)直帶電粒子束。RF動力系統(tǒng)20可以連續(xù)波(CW )模 式或脈沖模式運行。控制系統(tǒng)控制輸送到由多個模塊化RFQ元件 形成的線性加速器的RF功率，包括所需功率水平和匹配頻率 (matching frequency )。例4口， RFQ it/f牛可包4舌RF四才及單元、漂移 管或者以CW才莫式的組合。在CW才莫式中，在RF四才及單元(或編 號為1的RFQ元件)中的總RF功率庫毛散為至少40 kW，而庫毛散到 其余RFQ元件(即編號為2至N的RFQ元件)中的總RF功率為 至少26kW。射束傳輸單元也由控制系統(tǒng)通過調(diào)整三軸移動臺和透 鏡電壓而控制，從而提供優(yōu)化的射束捕獲?？刂葡到y(tǒng)連接到射束擴 展器從而使輸出射束達(dá)到所需射束直徑和射束均勻性。在一種特定 實施方式中，射束擴展器是用磁場控制的。在可替換實施方式中， 控制系統(tǒng)90連4妻到射束施加系統(tǒng)，從而才是供加工控制如溫度測量 和4乇盤裝置內(nèi)的工件控制。當(dāng)然，可以有其他變化、》爹改和替換。
在一種具體實施方式
中，本發(fā)明方法采用質(zhì)量選擇的高能注入 方法(mass-selected high-energy implant approach ),其具有合適的射 束強度。為了實現(xiàn)成本有效性，注入射束電流應(yīng)該是幾十毫安數(shù)量 級的H+或H-離子射束電流。如果系統(tǒng)能夠注入這種足夠高的能量， H2+離子就也能有利地用于獲得更高的劑量率。這種離子注入i殳備 近來通過使用射頻四極線性加速器(RFQ線性加速器)、漂移管線 性加速器(DTL)、RF(無線電)-射頻聚焦交叉指(RFI， radio focused interdigitated )或四才及聚焦相間交叉指(QFI) #支術(shù)已經(jīng)可以利用， 且可以/人 一 些乂>司々口力口利牙畐尼亞普萊才架頓的Accsys Technology Inc.， Linac Systems、 P可爾訐白克基(Albuquerque )的LLC, NM 87109 等獲得。在一種特定實施方式中，根據(jù)本發(fā)明實施方式的設(shè)備提供用于
注入工藝的MeV能級的帶電粒子束。注入工藝將多個雜質(zhì)粒子引 入到半導(dǎo)體基板的厚度內(nèi)的所選深度，,人而限定該厚度內(nèi)的解理區(qū) 域。取決于應(yīng)用，根據(jù)一種優(yōu)選的實施方式， 一般選擇較小質(zhì)量的 粒子以減少材料區(qū)域發(fā)生損壞的可能性。也就是說，較小質(zhì)量的粒 子易于行進(jìn)通過基板材料到達(dá)所選深度而基本上不損壞該粒子橫 穿通過的材料區(qū)域。例如，質(zhì)量較小的粒子(或高能粒子)幾乎可 以帶<壬<可電荷(例如正電荷或負(fù)電荷)和/或是中性原子或分子、或 電子等。在一種特定實施方式中，粒子可以是帶電粒子，包括離子 如氫及其同位素離子、稀有氣體離子如氦及其同位素、以及氖等， 這取決于不同實施方式。粒子也可以衍生于化合物，如氣體(例如 氬氣、水蒸汽、甲烷和氫化合物)以及其他較輕原子質(zhì)量的粒子。 可4, ;也，粒子可以是上述4立子和/或離子和/或分子物質(zhì)和/或原子 物質(zhì)的任何組合。粒子一般具有足夠的動能，從而可通過表面滲透 進(jìn)入到表面之下的所選深度。
現(xiàn)在參照圖2,圖2是根據(jù)本發(fā)明實施方式產(chǎn)生高能帶電粒子 的方法的簡圖。如所示，該方法包括產(chǎn)生多個第一能級的帶電粒子 的步恭聚(步4聚201)。在一種特定實施方式中，可以采用離子源如電 子回旋共振(ECR)、感應(yīng)耦合等離子體、等離子體基磁控管離子 源、或潘寧源等來提供多個第一能級的帶電粒子。第一能級的多個 帶電粒子由低能傳輸(LEBT)單元引導(dǎo)(步驟203)進(jìn)入線性加速 器。線性加速器將多個第一能級帶電粒子加速(步驟205)而生成 多個第二能級的帶電粒子。第二能級高于第一能級。將多個第二能 級的帶電粒子施加于射束擴展器(步驟207)以擴展多個第二能級 帶電粒子的射束直徑。該方法將擴展的射束輻射到工件上(步驟 209)。在一種特定實施方式中，工件可以是設(shè)置在托盤裝置中的半 導(dǎo)體基板晶塊。對擴展的多個帶電粒子束進(jìn)行掃描(步驟211)并 才是供注入工藝，例如形成用于光伏應(yīng)用的基寺反。當(dāng)然，本領(lǐng)域4支術(shù)人員將識別許多變體、修改和替代形式，其中可以增加一個或多個 步驟，也可以去除一個或多個步驟，或者可以以不同順序排列這些 步驟。
以采用氫作為注入到^圭晶片中的注入物質(zhì)為例，注入工藝采用
一套特定的條件來實施。注入劑量范圍為約lxlO"至約lxlO"個原 子/cm2,優(yōu)選該劑量為小于約5xl0"個原子/cm2。注入能量范圍為 約1MeV以上至約5MeV以上，乂人而形成用于光伏應(yīng)用的厚膜。注 入溫度范圍為約-50。C至約550°C,優(yōu)選4氐于約400°C以防止氬離 子從所注入硅晶片擴散出的可能性。氫離子可以被選擇性地引入硅 晶片中到達(dá)所需深度，精度為約±0.03至±1.5 pm。當(dāng)然，所用的離 子類型和工藝條件取決于具體應(yīng)用。
作為舉例，MeV范圍的注入條件已由Reutov等(V. F. Reutov and Sh. Sh. Ibragimov， "Method for Fabricating Thin Silicon Wafers", USSR's Inventors Certificate No. 1282757， December 30， 1983 )所披 露，其結(jié)合于此作為參考。在V. G Reutov和Sh. Sh. Ibragimov中，
披露了通過注入過程中選4奪性加熱以及注入后可再利用基板加熱 采用可高達(dá)7MeV質(zhì)子注入，用于產(chǎn)生高達(dá)350 jum厚度的分離硅 晶片。釆用1 MeV氬注入進(jìn)4亍16 jim石圭膜熱解理也凈皮M. K. Weldon 等，"On the Mechanism of Hydrogen-Induced Exfoliation of Silicon", J. Vac. Sci. Technol.， B 15(4), Jul/Aug 1997披露，其結(jié)合于此作為參考。 在上下文中術(shù)語"分離的"或"轉(zhuǎn)移的硅厚度，，是指通過注入的離 子范圍形成的硅膜厚度能夠脫離為自支撐狀態(tài)或者脫離為永久基 板、或最終用作自支撐式基板的臨時基板、或最終被安裝到永久基 —反上。在一種優(yōu)選實施方式中，硅材料足夠厚并獨立于起到支撐元 件作用的處理基一反。當(dāng)然，用于處理和加工膜的具體工藝將取決于 具體的方法和應(yīng)用。圖3是圖示根據(jù)本發(fā)明的 一種實施方式的采用連續(xù)工藝形成基 板的系統(tǒng)300的簡圖。該圖僅為舉例，不應(yīng)該過度限制本文中權(quán)利 要求的范圍。本領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員將識別其他的變體、修改、 以及替代形式。如圖3中所示，該系統(tǒng)包括提供至少一個基板元件 301。每一基板元件包括放置于其上的多個晶塊303。多個位置中的 每一個包括待注入的可再利用的基一反元件301。在一種特定實施方 式中，多個晶塊中的每一個可以包括半導(dǎo)體基板如單晶硅晶片、多 晶硅鑄造晶片、晶塊、或基板、鍺化硅晶片、鍺晶片、in/v族材料、n/vi族材料、氮化鎵等。任何單晶材料都能夠被切成特定取向而提 供如易于切割、優(yōu)選的器件才喿作等優(yōu)點。例如，石圭太陽電池能夠切成主要具有(IOO)、 ( 110)或(111 )表面取向，從而形成這種類型的自支撐式基板。當(dāng)然，也可制備具有從主晶向特意誤切的取向面 的原初4牛。該系統(tǒng)還包4舌注入i殳備(未示出)。注入i殳備4立于處理室305內(nèi)。在一種特定實施方式中，注入i殳備4是供掃描注入工藝。 在一種特定實施方式中，這樣的注入設(shè)備可利用在線性加速器中產(chǎn) 生的擴展高能離子束。如圖4中所示，注入設(shè)備包括離子注入頭402, 以4是供4寺注入多個晶塊中的雜質(zhì)。該系統(tǒng)還包4舌可移動專九道元件 404。在某些實施方式中，該可移動軌道元件可包括滾輪、空氣軸 承，或可移動軌道?？梢苿榆壍涝?04為掃描注入工藝提供基板 元件的空間位移。當(dāng)然，可以存在其他變體、^修改和替代形式。才艮據(jù)本發(fā)明的某些實施方式，可以采用掃描才莫式注入。這種實 施方式的一個實例如圖7-圖7C的簡化示意圖中所示。具體而言， 圖7是圖示才艮據(jù)本發(fā)明用于實施注入的裝置的一種實施方式的組件 的簡化示意圖。圖7A示出了圖7設(shè)備中離子源和低能射束傳輸部 分的方文大示意圖。裝置700包括與〗氐能射束傳輸(LEBT)部分704真空連通的 離子源702。 LEBT部分704可含有電和/或磁射束提取、成形和聚 焦。LEBT部分704扭J亍至少以下的功能。參照圖7A， LEBT接收流出離子源室703中的輸出孑L 703a的離子，并將這些離子加速到相對較低的能量(100 keV或更^f氐，此 處為-30keV)。離子的這種加速達(dá)到必須的共振速度以連4妄到隨后 線性加速器部分720的第一射頻四才及(RFQ)級(stage) 722?？?替代地，這可以使用多個螺線管實現(xiàn)，這些螺線管可利用磁性提取、 成形和聚焦射束。離子源的實例包括ECR、；微波離子源、7磁控管離子源、或潘寧 源。離子化方法的實例包括使用電子束(e-beam)、激光、冷和熱 陰才及》文電、禾口熱才支術(shù)。LEBT 704通常還用于成形離子束以Y更優(yōu)化接收到線性加速器 部分720的第一 RFP級722。在該特定實施方式中，射束成形元件 是單透鏡706。然而，在可替代的實施方式中，也可使用釆用不同 構(gòu)造的其他LEBT透鏡，如螺線管(磁場透鏡化)。LEBT 704還包括電子抑制器元件708。該元件708用于抑制通 過與LEBT暴露表面相互作用的越軌離子(錯誤離子，errantions) 產(chǎn)生的次纟及電子。進(jìn)入線性加速器720后，離子束即被連續(xù)的工作臺加速到越來 越高的能量。圖7B示出了線性加速器部分720的簡化示意圖。在第一 RFQ工作臺722中，離子從~ 30 keV的能量被加速到 約1.1 MeV的能量。在第二線性加速器級724中，離子被加速到約2.1 MeV。在第三和最后的線性加速器級726中，離子被加速到約 3.5 MeV或甚至更高的能量。通過LEBT提供給第一加速器722入口的離子束在源脈沖 (source pulse )期間是連續(xù)的。然而，經(jīng)由RF加速器720的交^# 加速/聚焦機構(gòu)，這種連續(xù)射束被轉(zhuǎn)換成包(packet)或串(bunch), 當(dāng)它們沿著這些線性加速器加速時暫時間隔一個RF周期。圖7B 示出了典型的水平RF》文大器(level RF amplifier )、反饋控制和線 性加速器的RF連接(或耦接)。 一個或多個RF輸入連接(或耦接) 于RFQ和RFI線性加速器的一個或多個組合。在工作期間，監(jiān)控 RFQ和RFI腔的反射功率。在封閉的反饋回路中，RF頻率^皮調(diào)整 /人而通過在所有腔體中同時保持共4展而最小化反射功率。選4奪RFQ和RFI組合從而最大化系統(tǒng)效率。具體地，因為RFQ 沖支術(shù)的效率在質(zhì)子能量高于約0.75 MeV時減小，RFI線性加速器 (比RFQ更高效)凈皮用在后續(xù)加速級中,人而達(dá)到最終射束能量。離子束穿過線性加速器部分720中的輸出孔720a后，即進(jìn)入 高能射束傳輸(HEBT )部分740。 HEBT部分740的功能是使從最 后的線性加速器級726 (例如從橢圓到圓形)離開的高能離子束成 形、使高能離子束的^各徑發(fā)生彎曲，并且如果合適的話，實現(xiàn)射束 在草巴標(biāo)上的掃描。射束的成形和聚焦者卩是用四纟及和六4及等》茲聚焦的 各種組合實施的，其中不茲場以 一 定方式排列而使射束在優(yōu)選的方向 上成形。射束行進(jìn)通過一套診斷元件并進(jìn)入用于質(zhì)量分析的雙極磁 體(dipole magnet )。此時，將磁場排列為能夠分析帶電粒子的動量。特別地，高度能量化的離子束首先可選地暴露于分析》茲體742, 這會改變射束的方向并實施本申請說明書中描述的凈化功能，以使 高能射束的初始污染物一皮輸送到束流收集器744 。才艮據(jù)某些實施方式，分析磁體742向射束施加隨時間保持恒定 的力，以使凈化射束的最終方向不會發(fā)生變化。然而，根據(jù)可替代 的實施方式，分析》茲體可以對射束施加隨時間變化的力，以-使射束 的方向?qū)嶋H上發(fā)生變化。如下文所詳細(xì)描述的，這樣的通過分析f茲 體實現(xiàn)的射束方向的改變可用來實現(xiàn)所需的射束沿一個軸的掃描。經(jīng)過這種分析f茲體元件之后，可以進(jìn)行進(jìn)一步的射束聚焦，而 最后射束將會采用各種方法進(jìn)行掃描而提供DC補償(DC offset) 和/或AC變化射束。還可存在用于對整個區(qū)域范圍或圖案化范圍劃 線(即，^L點或線)的精密控制系統(tǒng)。具體而言，離開分析》茲體后，所凈化的離子束即進(jìn)入射束掃描 器748。圖7C示出了才艮據(jù)本發(fā)明的射束掃描器748的一種實施方 式的筒化示意圖。具體而言，射束掃描器748包括構(gòu)造為掃描以改 變第一平面中射束位置的第一掃描器偶^l子747。射束掃描器748 還包括第二掃描器偶極子749，其構(gòu)造為掃描以改變在垂直于第一 平面的第二平面中的射束的位置。在整個HEBT中，通過分配一個專用的漂移部件使得射束發(fā)生 擴展。射束擴展器可以是HEBT中的最后元件。射束擴展器可以是 一種器件(磁八極等)，或者可以是射束的一段行進(jìn)距離使得其能 夠自身發(fā)生擴展。由于額外行進(jìn)而產(chǎn)生的射束擴展可以是優(yōu)選的， 因為使用掃描器可能導(dǎo)致掃描器射束下游的有效擴展/成形極度困 難?？傊?，射束從線性加速器被傳輸?shù)缴涫治銎鳎缓髠鬏數(shù)缴?束掃描器，并最后進(jìn)行射束擴展。圖7D-G示出了根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式在工件上掃描高能 離子射束的仿真結(jié)果(或模擬結(jié)果)。具體而言，圖7D示出了532 光斑暴露(spot exposure )的光斥冊圖。圖7E以三維形式《會制出圖7D的532光斑暴露的功率密度。圖7E以二維形式《會制出圖7D的532 光斑暴露的功率密度。圖7G是lm漂移后功率密度對5cm晶片上分布的條形圖。這 些圖共同表明采用功率密度均勻性低于<5%且質(zhì)子密度為 3E16/sq-cm照射5cm直徑的工件是可能的。盡管圖7C中所示的射束掃描器的具體實施方式
含有兩個偶極 子，但是這并非本發(fā)明必需的。根據(jù)可替代的實施方式，射束掃描 器可僅僅包括單個偶極子。具體而言，根據(jù)某些實施方式，定位于 射束掃描器上游的分析器》茲體，可用于在垂直于通過射束掃描器的 單個偶極子實現(xiàn)的掃描方向的平面中提供掃描。在一種這樣的實施 方式中，在分沖斤器》茲體的石茲場中的時差(time-variance)可以產(chǎn)生 能量化射束，其方向偏離法線+/-4。。這種在從分析》茲體出來的凈化 射束方向上的"搖擺"，可以代替射束掃描器第二偶極子用于進(jìn)行 掃描?？商鎿Q地，這種搖擺的射束可以用于與同樣具有第二偶極子 的射束掃描器組合，以使在搖擺方向上掃描的幅度增加。這種射束 掃描器能夠用于通過DC偏移移動射束，于是使得這種搖擺發(fā)生。在HEBT中，通過分配一個專用的漂移部件4吏得射束發(fā)生擴 展。射束擴展器是HEBT中的最后元件。射束擴展器可以是一種器 件(磁八極等)，或者可以是允許射束自身擴展的射束行程長度。 由于額外行程導(dǎo)致的射束擴展可以是優(yōu)選的，這是由于使用掃描器 可使掃描器下游的射束動態(tài)擴展/成形極其困難。總之，射束從線性 加速器被傳輸?shù)缴涫治銎?，然后傳輸?shù)缴涫鴴呙杵鳎⒆詈筮M(jìn)行 射束擴展。盡管圖7中所示的具體實施方式
包括用于成形并控制射束路徑 的元件，然而這些并非本發(fā)明所必需的。才艮據(jù)本發(fā)明的可^弄代的實施方式可采用漂移管設(shè)計，其缺少這些元件并使得在退出加速器之 后射束形狀可發(fā)生擴展。圖7顯示了設(shè)備的其余組件，包括終端站759。在這個終端站 759中，晶塊760在^皮高能離子束掃描過程中在真空中被掃描臺762 支撐。晶塊760通過才幾4成臂室(robotic chamber ) 764和裝載鎖(load lock ) 766才是供纟合掃描臺。掃描工作臺762可以起到平移接受離子射束的工件或塊狀材料 的位置的作用。才艮據(jù)某些實施方式，掃描工作臺可以^皮構(gòu)造成^f又沿 著單個軸移動。#4居其他實施方式，掃描工作臺可以被構(gòu)造成沿著 兩個軸移動。如圖7中的具體實施方式
中所示，掃描臺物理平移乾i 材料可伴隨以掃描裝置單獨動作進(jìn)行射束掃描，或與射束濾波器 (beam filter )實現(xiàn)的掃描相結(jié)合進(jìn)行射束掃描。本發(fā)明不要求掃描 臺，在某些實施方式中，工件可以^爭止的方式一皮支撐同時暴露于輻 照。圖7-圖7C的設(shè)備的各個組件通常在包括處理器782和計算機 可讀儲存介質(zhì)784的主計算機780控制之下。具體而言，處理器被 構(gòu)造成與設(shè)備700的各個元件實現(xiàn)電子通信，包括離子源、加速器、 LEBT、 HEBT和終端站。計算才幾可讀4諸存介質(zhì)其上卩諸存有^碼用于 對這些不同組件中的任一個發(fā)送指令?？梢酝ㄟ^接收于處理器的指 令而進(jìn)行控制的工藝方面的實例包括但不限于，在各組件如終端站 和HEBT中的壓力、射束電流、射束形狀、掃描圖案(通過利用掃 描器和/或分析石茲體掃描，和/或利用襯底處XY驅(qū)動的平臺的平移 移動靶，即刷涂(painting ))、射束時序控制、晶塊在終端站的進(jìn)料 和/或出料、射束清洗設(shè)備(即分析磁體)的操作、以及施加到離子 源的氣體流和/或功率等。以上描述的示例系統(tǒng)(coupon system )的各種組件可以采用具 有各種特征的計算機系統(tǒng)實施。圖8示出了包含顯示裝置820、顯 示屏830、機箱840、 4建盤850和鼠標(biāo)870的普通計算才幾系統(tǒng)810 的實例。鼠標(biāo)870和^T建盤850是代表性的"用戶輸入設(shè)備"。鼠標(biāo) 870包括用于圖形用戶界面設(shè)備上按鍵選擇的按鍵880。用戶輸入 設(shè)備的其他實例是觸摸屏、光筆、軌跡球、數(shù)字手套、麥克風(fēng)等。 圖8表示的僅僅是用于實施本發(fā)明的一種類型的系統(tǒng)。對于本領(lǐng)域 中的普通技術(shù)技術(shù)人員來說，許多系統(tǒng)類型和結(jié)構(gòu)設(shè)計都適合與本 發(fā)明結(jié)合使用是顯而易見的。在一種優(yōu)選的實施方式中，計算機系 統(tǒng)810包4舌運行《效專欠/>司的Windows NT才喿作系統(tǒng)的基于奔騰 (Pentium)處理器的計算才幾。然而，本領(lǐng)域4支術(shù)人員可以容易地調(diào) 整該設(shè)備而適用于其他操作系統(tǒng)和體系結(jié)構(gòu)，而不偏離本發(fā)明的范 圍。如上文所述，鼠標(biāo)870可具有一個或多個4姿4建，如4姿4囊880。 才幾箱840容納常見的計算機組件如f茲盤驅(qū)動器、處理器、^f諸存器等。 儲存器包括但不限于磁盤驅(qū)動器、磁帶、固態(tài)記憶體、磁泡存儲器 等。機箱840可包括其他的硬件，如輸入/輸出(1/0)接口卡，用 于將計算機系統(tǒng)810連接到外部設(shè)備、外部存儲器、其他計算機或 其他外圍i殳備，這將在以下進(jìn)一步描述。圖8A是在圖8的計算4幾系統(tǒng)810中的基礎(chǔ)子系統(tǒng)的圖示。該 圖僅僅是一種例示，不應(yīng)該限制本文中的權(quán)利要求。本領(lǐng)域中的普 通技術(shù)人員將識別其他變體、》多改和替代形式。在某些實施方式中， 子系統(tǒng)經(jīng)由系統(tǒng)總線875進(jìn)行互聯(lián)。還示出了如打印機874、鍵盤 878、硬盤879、連接于顯示適配器882的監(jiān)視器876等其他的子系 統(tǒng)。外圍設(shè)備和輸入/輸出(I/O )設(shè)備(連接于I/O控制器871 )負(fù)fe 夠通過本領(lǐng)域已知的各種方式連接到計算機系統(tǒng)，如串行端口 877。 例如，串行端口 877可用于將計算機系統(tǒng)連接到調(diào)制解調(diào)器881，調(diào)制解調(diào)器進(jìn)而連接到廣域網(wǎng)絡(luò)如因特網(wǎng)、鼠標(biāo)輸入裝置、或掃描儀。經(jīng)由系統(tǒng)總線的互聯(lián)使得中央處理器873可與每一子系統(tǒng)通信 以控制來自系統(tǒng)內(nèi)存872或硬盤879的指令的執(zhí)行，以及子系統(tǒng)之 間的信息交換。本領(lǐng)域中的普通易于實現(xiàn)子系統(tǒng)的其他安排和互 聯(lián)。系統(tǒng)存儲器和硬盤是用于計算機程序存儲的有形存儲介質(zhì) (tangible media )的實例，其他類型的實體介質(zhì)包括軟盤、可移動 硬盤、光儲存介質(zhì)如CD-ROMS和條形碼，以及半導(dǎo)體存儲器如閃 存、只讀存儲器(ROM )和電池備份存儲器(battery backed memory )。在本申i青中描述的任何軟件組件或功能，可以作為采用任何合 適的計算枳j吾言如Java 、 C十+或Perl利用例如傳統(tǒng)的或面向?qū)ο蟮?寺支術(shù)通過處理器4丸^f亍軟件代碼而實施。軟件代碼可以以系列指令或 命令儲存于計算一幾可讀介質(zhì)如隨一幾存取存4諸器(RAM)、只讀存4諸 器(ROM)、石茲介質(zhì)如》更驅(qū)或l欠盤、或光介質(zhì)如CD-ROM。任何這 種計算機可讀介質(zhì)可以存在于單個計算設(shè)備之上或之內(nèi)，可以存在 于系統(tǒng)或網(wǎng)全各內(nèi)不同計算i殳備之上或之內(nèi)。注入的粒子有效地沿著平行于基板頂表面的平面在所選深度 增加應(yīng)力或降低斷裂能。能量部分取決于注入物質(zhì)和條件。這些粒 子降低了所選深度處基板的斷裂能級。這容許在所選深度處沿著注 入平面實施受4空的解理。根據(jù)具體實施方式
，注入可在使得所有內(nèi)部位置處的基板能量 狀態(tài)不足以引發(fā)基板材料內(nèi)的不可逆斷裂(即分離和裂開)的條件 下進(jìn)行。可替代地，圖案化注入能夠用于將粒子僅引入到基板的僅 某些區(qū)域，或者在某些區(qū)域引入較低的劑量。根據(jù)某些這樣的實施方式，可以采用圖案化注入，4吏得僅僅引 發(fā)解理的區(qū)域接收滿劑量或高劑量。僅發(fā)生解理傳播的其他區(qū)域可 以接收降低的劑量或根本不接收劑量。這種劑量上的變化可以通過控制特定區(qū)域內(nèi)射束的駐留時間、通過控制特定區(qū)域暴露于射束的 次數(shù)、或者通過這兩種方法的某種組合而完成。在一種實施方式中，20 mA的H+離子射束可以以最低200 ps駐留時間提供由2.5 km/sec (對應(yīng)于lm托盤寬度內(nèi)采用5cm射束直徑的1.25kHz掃描頻率) 的掃描速率產(chǎn)生的1.25xl017H原子/ (cm2 sec)的通量，獲得了 2.5xl013H原子/cm2的單程(per-pass)最小劑量。當(dāng)然，4交長的駐 留時間會增加所接收的劑量。根據(jù)某些實施方式，高劑量區(qū)域的解理行為可通過其他作用力 引發(fā)，包括但不限于物理撞擊(刀片)、超聲波或由于不同物質(zhì)之 間熱膨脹/收縮系數(shù)差異所致的應(yīng)力。根據(jù)一種具體實施方式
，基板 可以結(jié)合于金屬層，隨著基板/金屬結(jié)合體冷卻，會誘導(dǎo)足以引發(fā)接 收高注入劑量的區(qū)域發(fā)生解理的應(yīng)力，和/或傳播先前存在的注入開 始區(qū)。然而，應(yīng)該注意到，注入劑量通常導(dǎo)f丈在基纟反上一定量的缺陷 (例如，樣W夾陷)，其可通過隨后的熱處理例如熱退火或'決速熱退 火而至少部分地得到》f復(fù)?？蛇x地，才艮據(jù)一種特定實施方式，該方 法包4舌注入工藝之后的熱處理工藝。在一種特定實施方式中，本方 法針對石圭材料采用約450。C至約600°C的熱處理工藝。在一種優(yōu)選 的實施方式中，熱處理可采用傳導(dǎo)、對流、輻射或這些才支術(shù)的任意 組合實施。高能粒子束也可以4是供部分熱能，并與外部溫度源結(jié)合 而實現(xiàn)所需的注入溫度。在某些實施方式中，僅高能粒子束就可以 才是供注入所需的全部熱能。在一種^尤選的實施方式中，進(jìn)4于熱處5里 以調(diào)節(jié)解理區(qū)域用于隨后的解理工藝。當(dāng)然，可以存在其他變體、 〃修改和4齊代形式。在一種特定實施方式中，該方法包括采用解理工藝釋方丈可分離 材料厚度(其是自支撐式的)的步驟，同時可分離材料從疊置的支撐元件等分離出來，如圖5所示。如所示，可分離材料501從其余 基外反部分505移除。在具體實施方式
中，釋放步-驟可采用受控的解 理工藝實施。受控的解理工藝在供體基板解理區(qū)域的部分內(nèi)提供了 所選能量。僅僅作為實例，受控的解理工藝描述于共同轉(zhuǎn)讓給加利 對畐尼亞圣"f可塞的 Silicon Genesis Corporation 的題為 Controlled Cleaving Process (受4空的解理工藝)的美國專利第6,013,563號中， 出于所有目的將其結(jié)合于此作為參考。如所示，該方法從基板釋放材料厚度以完全移除材料厚度。當(dāng)然，可以存在其他變體、替代形 式和修改。在一種實施方式中，該方法采用一個或多個圖案化區(qū)域以促進(jìn) 解理行為的開始。在一種特定實施方式中，本方法4是供了具有表面 區(qū)域和厚度的半導(dǎo)體基板。該方法包括使半導(dǎo)體基板表面區(qū)域經(jīng)受 第 一多個采用線性加速器產(chǎn)生的高能粒子而在解理區(qū)域內(nèi)形成多 個吸雜位點(或吸除位點，gettering sites)的圖案4匕區(qū)i或。在一種 優(yōu)選的實施方式中，解理區(qū)域i殳置于表面區(qū)域之下，以限定待分離 的材料厚度。半導(dǎo)體基板維持在第一溫度下。該方法還包括對半導(dǎo) 體基板進(jìn)行處理工藝?yán)鐭崽幚?。該方法包括使半?dǎo)體基板表面區(qū) 域經(jīng)受第二多個高能粒子，提供該第二多個高能粒子用于將解理區(qū) 域的應(yīng)力水平/人第 一應(yīng)力水平4是高到第二應(yīng)力水平。該方法包括在 圖案化區(qū)域的所選區(qū)域采用解理工藝開始解理行為從而將可分離 材料的部分厚度分離，以及采用解理工藝分離可分離材料的厚度。圖案化注入次序可以使表面經(jīng)受劑量的變化，其中引發(fā)區(qū)域通 常采用更高的劑量禾口/或熱累禾只;欠序(thermal budget sequence )進(jìn)^f亍 顯影?？梢砸栽S多方式實現(xiàn)解理傳播從而完成解理行為。 一種方法 是采用額外的劑量區(qū)域以引導(dǎo)解理向前傳播。另 一種解理傳播的方 法是沿著采用應(yīng)力控制引導(dǎo)的深度行進(jìn)。還有一種解理傳播方法沿 著天然結(jié)晶解理平面而4亍進(jìn)。一些或大多數(shù)區(qū)域可以以較少的劑量注入，或才艮本不注入，取 決于所用的特定解理技術(shù)。這種低劑量化的區(qū)域通過降低從基板拆 除每個膜所需的總劑量能夠有助于改進(jìn)注入系統(tǒng)的總生產(chǎn)率。
圖6圖示出根據(jù)本發(fā)明的可替代實施方式釋放可分離材料厚度 610的方法600。如所示，解理平面602 4是供于具有表面區(qū)域606 的基^反604。基^反可以是石圭晶片等。在一種具體實施方式
中，解理 平面能夠采用在本發(fā)明i兌明書其他j也方描述的注入氫物質(zhì)而4是供。 也可以〗吏用其^也注入物質(zhì)。這些其^f也注入物質(zhì)可包4舌氦物質(zhì)或紐L 合。在一種具體實施方式
，基板維持在預(yù)定溫度范圍。如所示，才是 供了卡盤組件608?？ūP組件包括提供真空、加熱氣體和低溫/冷氣 的裝置。為了分離可分離材料，將卡盤組件連接于基板的表面區(qū)域， 并且卡盤組件釋放加熱氣體，以將基板的溫度提高到另一范圍?；?板采用低溫/冷氣進(jìn)行冷卻從而導(dǎo)致材料厚度從基板上分離。然后通 過向表面區(qū)域612施加真空，將分離的材泮十厚度移出。當(dāng)然，可以 存在其他變體、i'務(wù)改和替代形式。
在一種特定實施方式中，本發(fā)明方法能夠?qū)嵤┢渌に?。例如?本方法能夠?qū)⒎蛛x出的材料厚度置于支撐組件上，隨后對其進(jìn)行處 理。另外地或可選地，在將表面區(qū)域施加于第一多個高能粒子之前， 該方法在半導(dǎo)體基板上實施一個或多個工藝。4艮據(jù)不同的實施方 式，這些工藝可以是形成光伏電池、集成電路、光學(xué)器件及其這些 中的組合等。當(dāng)然，可以存在其他變體、》務(wù)改和^,^C形式。
應(yīng)該認(rèn)識到，本文中描述的實施例和實施方式^又僅是出于例示 的目的，本領(lǐng)域中的技術(shù)人員將可聯(lián)想到其各種修改或變化，這些 修改或變化應(yīng)當(dāng)包括在本申請的精神和以及附加的權(quán)利要求的范 圍內(nèi)。
3權(quán)利要求
1. 一種用于提供用于制造能夠自支撐的一個或多個可分離半導(dǎo)體膜的帶電粒子的設(shè)備，所述設(shè)備包括用于產(chǎn)生多個帶電粒子的離子源，所述多個帶電粒子是處于第一能級的準(zhǔn)直射束提供的；射頻四極(RFQ)線性加速器，所述RFQ線性加速器包括編號為1至N的多個模塊化射頻四極(RFQ)元件，其中N是大于1的整數(shù)，所述多個模塊化RFQ元件中的每一個彼此順次耦合，所述RFQ線性加速器控制處于所述第一能級的帶電粒子束并將其加速為具有第二能級的帶電粒子束，編號為1的RFQ元件可操作地耦合于所述離子源；輸出孔，耦合于所述RFQ線性加速器中編號為N的RFQ元件；射束擴展器，耦合于所述輸出孔，所述射束擴展器被構(gòu)造為將所述第二能級的帶電粒子束處理為擴展的帶電粒子束；處理室，耦合于所述射束擴展器；以及工件，設(shè)置于所述處理室內(nèi)，所述工件包括注入所述擴展的帶電粒子束的表面區(qū)域。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述離子源選自ECR離 子源、樣i波離子源、ICP離子源、或其它離子源。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，由所述離子源產(chǎn)生的所述 多個帶電粒子可選自H—或IT (質(zhì)子)或H"物質(zhì)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述離子源能夠產(chǎn)生在約 25 keV的能量下可調(diào)電流高達(dá)30mA的離子束。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述離子源能夠在連續(xù)才莫 式下或在具有10至100 (as的可調(diào)月永沖長度和10至3000 Hz 的可調(diào)重復(fù)頻率的力永沖才莫式下工作。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述編號為1的RFQ元 件包括具有能夠?qū)㈦x子束從25 keV的能量聚焦、聚束并加速 到至少0.75 MeV能量的共振頻率為約200 MHz的RFQ線性加速器子系統(tǒng)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，從所述編號為N的RFQ 元件離開的加速射束可以是在0.5至7 MeV的能級范圍內(nèi)具 有高達(dá)約30mA電流的質(zhì)子束。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述射束擴展器能夠采用 i茲四才及和/或/乂才及場處理具有/人3 mm或更小至約50 cm的可 調(diào)射束尺寸的射束。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述處理室包括用來支撐 所述工件以 -使所述表面區(qū)i或的至少 一 部分受到所述第二能級 的所述帶電粒子束輻照的托盤裝置。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其中，所述托盤裝置被構(gòu)造成可 到所述工4牛中。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，進(jìn)一步包括被構(gòu)造為控制所述離子源射束電流、rf電源、束流動力學(xué)、注入和/或解理工藝的 計算才幾控制系統(tǒng)。
12. —種引入用于制造用于器件應(yīng)用的能夠自支撐的一個或多個 可分離半導(dǎo)體膜的帶電粒子的方法，所述方法包括利用離子源產(chǎn)生具有處于第一能級的射束電流的帶電粒 子束；通過耦合于所述離子源的射頻四極(RFQ )線性加速器將 處于第一能級的所述射束轉(zhuǎn)換成處于第二能級的射束，所述 RFQ線性加速器包括編號為1至N的多個模塊化RFQ元件， 其中N為大于1的整凄t;采用耦合于所述RFQ線性加速器的射束擴展器處理處于 所述第二能級的射束以擴展能夠注入所述帶電粒子的所述射 束尺寸；以及將處于所述第二能級的射束通過表面區(qū)域輻照到工件 中，所述工件被安裝在耦合于所述射束擴展器的處理室內(nèi)，所 述耦合方式為，具有一定射束尺寸的處于所述第二能級的射束 能夠橫跨所述表面區(qū)域進(jìn)行掃描并產(chǎn)生從所述工件的所述表 面區(qū)域在超過約50 pm的深度處具有平均注入劑量的解理區(qū) 域。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，所述第二能級為約0.5 至7 MeV。
14. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，所述帶電粒子束包括氬 離子。
15. 才艮據(jù)^又利要求12所述的方法，其中，所述輻照所述射束包括「 通過掃描所述射束或平移所述工件而改變所述工件上的所述 射束的位置。
16. —種系纟充，包4舌離子源，其被構(gòu)造為輸出低能離子射束；低能射束傳輸(LEBT)部分，其被構(gòu)造為聚焦從所述離 子源接收的所述低能離子射束；線性加速器，其被構(gòu)造為將所述聚焦的低能離子射束轉(zhuǎn) 換成高能離子射束；高能射束傳輸(HEBT)部分，其被構(gòu)造為接收所述高能 離子射束；和終端站，其被構(gòu)造為支撐塊狀材料以使所述塊狀材沖牛的 表面暴露于所述高能離子射束。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其中 所述離子源包括含有氳離子的所述射束的電子回旋共才展 (ECR)或樣吏波源；所述LEBT部分包4舌單透4竟或螺線管透鏡；所述線性加速器包括構(gòu)造為將所述氫離子射束加速到約 0.5-7MeV之間能量的一 系列連續(xù)射頻四才及(RFQ )級；所述HEBT部分包括掃描裝置；以及所述終端站被構(gòu)造為支撐共用托盤上的多個塊狀材料。
18. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其中，所述HEBT部分包4舌構(gòu) 造為橫跨所述多個塊狀材料之一掃描所述射束的裝置。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其中，所述掃描裝置包括,爭電 元件或磁元件。
20. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其中，所述掃描裝置被構(gòu)造為 使所述掃描的高能射束以關(guān)于法線方向小于約4度的角度轟 擊所述塊狀材料表面。
21. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其中，所述終端站3皮構(gòu)造為在 暴露于所述離子束期間沿著至少一個軸物理地平移所述塊狀 材料。
22. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其中，所述HEBT部分進(jìn)一步 包括射束擴展器。
23. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其中，所述線性加速器包括 RFQ、 QFI、 RFI、和/或DTL元fK
24. —種由塊狀材料制作自支撐式膜的方法，所述方法包括將所述塊狀材料的表面暴露于由耦合于RFQ線性加速器 的ECR離子源產(chǎn)生的離子的高能離子束，以使來自所述射束 的氫離子被注入到所述塊狀材料的約20|am或更深的深度中； 以及在所述深度從所述塊狀材料解理所述自支撐式膜。
25. 才艮據(jù)斥又利要求24所述的方法，其中，所述射束具有約0.5至7 MeV的能量。
26. 根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，進(jìn)一步包括橫跨所述塊狀材泮牛 的表面掃描所述高能射束。
27. 4艮據(jù)斥又利要求24所述的方法，進(jìn)一步包4舌在所述暴露期間沿 著至少一個軸平移所述塊狀材料。
28. —種設(shè)備，包括ECR離子源；低能射束傳輸(LEBT)部分，包括單透鏡并具有與所述 ECR離子源真空連通的進(jìn)口；線性加速器部分，包才舌三個連續(xù)RFQ級，用于將乂人所述 LEBT部分輸出的氫離子射束的能量升高到約0.5至7MeV;高能射束傳輸(HEBT)部分，與所述線性加速器部分的 出口真空連通，所述HEBT部分包括射束掃描器；以及終端站，其被構(gòu)造為在所述表面暴露于所述掃描的高能 射束時沿著軸平移塊狀材料表面。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于形成能夠自支撐的一個或多個可分離半導(dǎo)體膜的系統(tǒng)。該設(shè)備包括用來產(chǎn)生多個處于第一能級的準(zhǔn)直帶電粒子的離子源。該系統(tǒng)包括具有編號為1至N的多個彼此順次耦合的模塊化射頻四極(RFQ)元件的線性加速器，其中N是大于1的整數(shù)。該線性加速器控制和加速所述多個第一能級的準(zhǔn)直帶電粒子成為具有處于第二能級的帶電粒子束。編號為1的RFQ元件可操作地連接(或耦合)于離子源。該系統(tǒng)包括耦接(或連接)于RFQ線性加速器中編號為N的RFQ元件的輸出孔。在一種特定實施方式中，該系統(tǒng)包括耦合(或連接)于輸出孔的射束擴展器，射束擴展器被設(shè)計為將第二能級帶電粒子束處理成擴展的帶電粒子束。該系統(tǒng)包括連接于射束擴展器的處理室和設(shè)置于該處理室中的待注入工件。
文檔編號H05H7/00GK101536616SQ200780041601
公開日2009年9月16日 申請日期2007年11月8日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月8日
發(fā)明者巴巴克·阿迪比, 弗蘭喬斯·J·亨利, 艾伯特·拉姆 申請人:硅源公司