采用射频四极线性加速器引入用于半导体材料的粒子的设备和方法

专利名称：采用射频四极线性加速器引入用于半导体材料的粒子的设备和方法
技术领域：
加工的带电并立子的i殳备和方法的纟支术。更具体地，该i殳备和方法的 实施方式提供了 一种系统，其采用线性加速器(直线加速器，Linac ), 如射频四极线性加速器，以获;f寻MeV能级的粒子束用以生产用于 包括光伏电池的器件应用的能够自支撑(或自立)的可分离的一个 或多个半导体膜。但是应该理解到，本发明具有更广泛的适用性； 其还能够应用于其他类型的应用，例如用于三维封装集成半导体器 件、光子器件或光电器件、压电器件、平板显示器、孩吏电子扭4成系 统("MEMS")、纳米技术结构、传感器、致动器、集成电^各、生 物和生物医疗装置等。
背景技术：
人类很久以前就依赖于"太阳，，来获得几乎所有可用形式的能 量。这种能量来自于石油、辐射、木材和各种热能的形式。4又作为 举例，人类已严重依赖于石油资源(如煤和天然气)来满足他们的多种需要。不幸的是，这些石油资源已经逐渐枯竭并已导致其^f也问 题。作为部分替代，已经提出了利用太阳能来降低我们对石油资源 的依赖性。^又作为举例，太阳能可来源于通常由硅制成的"太阳能 电池"。
当暴露于来自太阳的太阳辐射时，硅太阳能电池产生电能。辐
射与^e圭原子相互作用而形成电子和空穴，电子和空穴迁移到硅本体 中的p-掺杂区和n-掺杂区并在掺杂区之间产生电压差和电流。取决 于用途，已经将太阳电池与聚光元件(或集中元件，concentrating elements)集成以提高效率。例如，采用聚光元件将太阳辐射聚集 并聚焦，该聚光元件将这种辐射引导到活性光伏材料的一个部分或 多个部分。尽管这些太阳电池是有效的，但仍然具有"i午多限制。
仅作为举例，太阳电池依赖于原材料，例如硅。这种硅通常是 采用多晶态硅和/或单晶硅材料而制成。这些材料经常难于生产。多 晶石圭电池经常是通过加工多晶石圭板而形成的。尽管这些石圭板可以高 效地形成，却它们却并不具有高效太阳能电池的最佳性能。单晶石圭 具有适用于高级太阳电池的性能。然而，这种单晶硅造价高，而且 很难以高效率和低成有效的方式用于太阳能应用。 一般而言，薄月莫 太阳电池较廉价，但与由单晶硅基板(substrate )制成的造价4交高 的块状珪电池(bulk silicon cell)相比，其效率较低。尽管用于形成 太阳电池或其他材料薄膜的常规技术也能取得成功，^旦是仍然存在 许多限制。
由上文可见，用于生产半导体材冲+的成本有效和高效率的^支术 是所期望的。

发明内容
本发明总体上涉及包括引入用于半导体材料加工的带电粒子 的设备和方法的技术。更具体而言，该设备和方法提供了一种系统，
其采用线性加速器，例如射频四极线性加速器(RFQLinac),以获 得MeV能级的粒子束，用于制造一种或多种用于包4舌光伏电;也的 器件应用的能够自支撑的可分离半导体膜。但是应该认识到，本发 明具有更广泛的适用性；其也能够应用于其他类型的应用，例力o用 于三维封装集成半导体器件、光子器件或光电器件、压电器件、平 板显示器、樣史电子才几械系统("MEMS")、纳米4支术结构、传感器、 致动器、集成电路、生物和生物医疗4义器等。
在一种具体实施方式
中，本发明提供了一种用于引入带电粒子 以制造用于器件应用的能够自支撑的可分离的一个或多个半导体 膜的设备。该设备包括用来产生多个带电粒子的离子源。在一种具 体实施方式中，该离子源可以是电子回旋共^展(ECR)或微波离子 源。多个带电粒子被校准(或准直，collimate)为第一能级的射束。 另夕卜，该设备包括编号为1至N (其中N是大于1的整数)的多个 模块化射频四极(RPQ )元件。该多个才莫块化RFQ元件中的每一个 彼此接连耦合而形成RFQ线性加速器。编号为1的RFQ元件经由 j氐能级射束引出(或射束才是取，beam extraction)和聚焦元件而诔禺 合于离子源。该设备通过多个才莫块化RFQ线性加速器元件中的每 一个来控制第一能级的带电粒子束并将其加速成具有第二能i^的 带电粒子束。该设备进一步包括耦合于(或连接于)RFQ线性加速 器中编号为N的RFQ元件的输出孔。在一种优选实施方式中，该 i殳备包4舌射束扩展器(beam expander )、可能的(potential)射束成 形光学装置、质量分析、和/或耦合于输出孔的射束扫描器，以提供 扩展的且成形的带电粒子束。在一种具体实施方式
中，提供了包含 表面区域的工件。该工件能够采用第二能级的扩展带电粒子束注入而在工件厚度内以一定深度提供多个杂质粒子。在一种特定实施方
式中，多个杂质粒子从该表面区域以大于约20 pm、以及可能大于 约50 pm的深度形成解理区i或(cleave region )。
在一种可替换的特定实施方式中，本发明提供了 一种用于引入 带电粒子以用于生产用于器件应用的能够自支撑(或)的一个或多 个可分离的半导体材料的设备。该设备包括用来产生第 一多个准直 带电粒子的离子源。该第一多个准直带电粒子被设置为第一能级。 该设备进一步包括射频四极(RFQ)线性加速器子系统，用于S寻具 有处于第一能级的第一多个带电粒子聚焦并加速为具有第二能级 的射束。另外，该设备包括编号为1至N的彼此接连耦合的多个才莫 块化射频(rf)四极/漂移管(RQD)元件。N是大于1的整数。在 一种特定实施方式中，编号为1的元^f牛耦合于RFQ线性加速器子 系统。多个模块化RQD元件中的每一个包括沿着圆柱形中空结构 的长轴的^又部件漂移管(two-part drift-tube),其中^又告卩件漂移管的 每一部件由径向管柱(radial stem)支撑，主次两个部件都具有冲旨 向双部件漂移管的相对端的两个杆以形成射频四才及。适当增加4M妾 RQD元件的双部件漂移管之间的空间间隙，以用于通过多个模块4t RQD元件中的每一个将具有第二能级的射束加速为具有第三能级 的射束。该设备进一步包括耦合于编号为N的RQD元件的输出孑L。 在一种优选实施方式中，该设备包括射束扩展器、成形器和耦合于 输出孔的质量分析光学元件。射束扩展器被构造为将第三能级的射 束处理成能够注入多个带电粒子的扩展的射束尺寸。才艮据本发明的 设备包括可操作地耦合于射束扩展器的处理室。包含表面区域的工 件设置在处理室内。在一种特定的实施方式中，能够采用第三能纽、 的多个粒子注入该包括表面区域的工^f牛。优选地，多个杂质粒子,人 工件表面区域以大于约20 )am、可能大于约50 |iim的深度形成解理 区域。在另一种可替换的特定实施方式中，本发明提供了一种用于引 入带电粒子以制造用于器件应用的能够自支撑的可分离的 一个或 多个半导体材料的方法。该方法包括利用离子源产生具有射束电力乾 的第一能级带电粒子束。另外，该方法包括通过耦合于离子源的射
频四极(RFQ)线性加速器将第一能级的射束转换成第二能级的射 束。RFQ线性加速器包含编号为1至N (其中N是大于1的整凄史) 的多个才莫块化RFQ元件。该方法进一步包括用井禹合于RFQ线'l"生力口 速器的射束扩展器处理第二能级的射束，以将其扩展到能够注入带 电粒子的射束尺寸。而且，该方法包才舌将第二能级的射束通过穿面 区域辐射至工件中。工件:帔安装在处理室内，处理室以这样的方式 耦合于射束扩展器，即，使得具有一定射束尺寸的第二能级射束能 够扫描过整个表面区域并且能够从工件的表面区域以大于约20 !arn、以及可能大于约50 pm的深度产生具有平均注入剂量的解理 区域。
在才艮据本发明实施方式的其他可—#代形式中，采用成本有,文的 线性加速器系统将带电粒子束加速至1 MeV以上高达5 MeV。这种 线性加速器系统可以包括射频四极或漂移管、或者它们的组合，以 提供带电粒子束。带电粒子束可被进一步扩展，即，可采用耦合于 线性加速器系统输出孔的射束扩展器来增加其射束直径。扩展的射 束是用于注入到工件中的具有受控剂量率的高能带电粒子束。该工 件可以是安装于可操作地耦合于射束扩展器的处理室内的托盘装 置(tray device)中的一个或多个块一犬(tile-shaped)半导体材泮牛。 能够采用扩展的高能带电粒子束在工件厚度内以一定深度来注入 工件。在一种特定的实施方式中，多个杂质粒子从表面区域以一定 深度形成解理区i或以限定可分离材并+厚度。在一种净争定实施方式 中，该可分离材料的厚度可以是大于约20pm的厚度，可能是大于 约50pm的厚度。当然，还可以存在其他变体、修改和替代形式。釆用本发明的实施方式实现了优于现有技术的许多益处。具体 而言，本发明的实施方式采用的设备和方法包括利用成本有效的线 性加速器系统和射束扩展器以提供用于厚层转移技术的高能注入 工艺的粒子束。这种线性加速器系统可以包括^旦不限于，漂移管才支
术、射频四才及(常称为RFQ)、射频聚焦交叉指(radio frequency interdigited )(常称作RFI )、或其他线'性加速方法、或它们的组合， 以及其他合适的技术。在一种特定实施方式中，该设备包括射束扩 展器，其所提供的射束具有所需的功率通量，该功率通量充分^f氐于 导致待注入材料过度损伤的最低通量、但又足够高可以以高效方法 均匀J4以平方米尺寸等施加在工件上。在一种伊乙选的实施方式中， 线性加速器系统提供了 一种注入工艺，该工艺在供体基板中形成由 解理平面限定的可转移材料的厚度。可转移材3扦的厚度可以被进一 步处理以才是供用于i者如光伏器件、3DMEMS或集成电路、IC去于装、 半导体器件、它们中的任意组合等应用的高质量半导体材料。在一 种优选的实施方式中，除了其他以外，该方法提供了用于高效光伏 电池的单晶硅厚膜。根据本发明的一种可替换的优选实施方式，可 以提供种子层(seed layer )，该种子层能够进一步提供异质结构外 延工艺的成层(layering)。除了其他以外，这种异质结构外延工艺 能够用于形成薄型多结光伏电池。仅作为举例，GaAs和GalnP层 可以以异质外延方式沉积到锗种子层上，该种子层是采用根据本发 明实施方式的注入方法而形成的转移层(transferred layer )。根才居i亥 实施方式，可实i见这些益处中的一种或多种。
在已知工艺技术的背景下，本发明实现了这些益处以及其他益 处。然而，对本发明的性质和优点的进一步理解，通过参照说明书 的后续部分以及附图可以实J见。


图1是图示根据本发明的一种实施方式用于引入制作半导体才才
料的可分离自支撑膜的带电粒子的设备简图2是图示根据本发明实施方式产生多个高能带电粒子的方法 的简化流程图3是图示根据本发明的一种实施方式从基板形成可分离厚膜 的顶^L图的简图4是图示^4居本发明的一种实施方式将带电粒子注入半导体 材料的方法的简图5是图示根据本发明的一种实施方式通过解理工艺从半导体 基板上形成的自支撑式膜的筒图6是图示才艮据本发明的一种实施方式从半导体基才反上形成可 分离厚膜的方法的简图7是图示根据本发明的用于实施注入的设备的一种实施方式 的组件的简化示意图7A示出了图7的设备中离子源和低能射束传输部分的放大 示意图。
图7B示出了图7设备中的线性加速器的》丈大示意图。 图7C示出了图7设备中的射束扫描器的放大示意图。
14图7D-G示出了根据本发明的一种实施方式高能粒子束在工件 表面上仿真扫描的各种标绘图。
图8是根据本发明实施方式4吏用的计算才几系统的示意图。
图8A是图8的计算机系统的基本子系统的图示。
具体实施例方式
本发明总体上涉及包括引入带电粒子用于半导体材料加工的 i殳备和方法的^支术。更具体而言，本i殳备和方法^是供了一种系统， 其采用线性加速器，例如射频四极线性加速器，以获得MeV能级 的粒子束，用于生产用于包括光伏电池的器件应用的能够自支撑的 一个或多个可分离的半导体膜。但是应该认识到，本发明具有更广 泛的适用性；其也能够应用于其他类型的应用，例如用于三维封装 集成半导体器件、光子学或光电器件、压电器件、平板显示器、樣丈 电子枳4成系统("MEMS")、纳ilU支术结构、传感器、致动器、集 成电路、生物和生物医疗仪器等。
对于以下披露内容，"自支撑(或自立)式膜"或"自支撑(或 自立)层"被定义为即使不与支撑件如处理或转移基板接触，也能 够一直保持其结构完整性(即不破碎或断裂)的材料膜。典型地， 非常薄的膜(例如厚度小于约5~10 jum的硅膜)不能在不发生断裂 的情况下进行处理。传统上，这种薄膜利用支撑结构进行操作，还 可能需要该支撑结构以首先产生薄膜。处理较厚的膜(即厚度为 20 50 pm的硅膜)，可以借助于使用支撑物，但是这种支撑物并不 是强制性的。因此本发明的实施方式涉及厚度大于20 pm的自支撑 硅膜的制作。根据本发明的实施方式并不限于形成自支撑式膜。可替换的实 施方式可以涉及通过基板支撑的膜的形成。而且，无"i仑在太阳光伏 应用中Y吏用的膜在光伏电池加工期间是否确实能够自支撑还是由 处理或转移基板来支撑，所加工的电池通常都被安装到机械表面上
如用于最终应用作为光伏才莫块集成部件(integral part )的玻璃或塑料。
并且对于以下披露内容，"块状材料"是指以块状形式存在的 材料。这种块状材料的实例包括如生长的基本圆形的单晶硅或其他 类似材一牛4定(ingot)或块(boule),或者生长的单晶,圭4定或具有经 刮削而呈除基本圓形横断面之外的侧面的其他类似材料。块状材料 的其他实例包括呈为方形、矩形或梯形的多晶石圭板或晶块。块状材 料的其他实例将在下文中进行描述。
图1是图示根据本发明的一种实施方式用于引入带电粒子的i殳 备的简图，该带电粒子用于制造用于器件应用的半导体材料的可分 离的自支撑式膜。该图仅为举例，其不应该过度限制本文中所述卄又 利要求的范围。本领域中的普通技术人员将识別许多变体、修改和 替代形式。如所示，设备l引入带电粒子，以制造用于器件应用的 能够自支撑的一个或多个可分离的半导体膜。更具体而言，设备1 包4舌两个系统，即作为带电并立子束发生系统的系统3和作为射束施 加系统的系统5。系统3包括以下组件离子源IO、用来捕获和引 导第一能级的初始离子束12的低能射束传输单元15、多个模块化 射频四才及或其他线性加速器元件40、 RF动力系统20、真空系统30、 高能射束传输(HEBT)单元53以及射束成形、质量分析和射束扫 描器和扩展器55。质量分析和射束扫描器能够用于选择适合应用的 合适粒子。另外，单元55中具有合适厚度的过滤基^^反，可以用于 进一步最小化不需要的污染粒子。系统5是耦合于射束扩展器55 的处理室，其中应用具有扩展后的射束直径的第二能级带电粒子束
1658。系统5进一步包含工件70、托盘装置75、 2-轴移动台架。另夕卜， 系统3和系统5两者都连接到^是供才乘作和处理控制的计算机系统 90。
在一种特定实施方式中。设备l包括离子源10,以产生多个带 电粒子。耳又决于不同的实施方式，离子源能够通过电子回旋共振 (ECR)、微波产生的等离子体、电感耦合等离子体、等离子体基 石兹控管离子源、或潘宁源(penning source )等产生。本领i或的普通 才支术人员将识别许多其他变体、》》改和^^代形式。在一种优选的实 施方式中，多个带电粒子被准直为具有第一能级的第一射束12。
再参照图1,第一能级的第一射束12通过低能射束传输 (LEBT)单元15引导进入线性加速器子系统。该线性加速器子系 统包括编号为1至N的彼此连续耦合的多个模块化射频四极(RFQ ) 元件40。例如，例如，LEBT单元基于含有安装在三轴台上电才及的 单个4交4妻的单透《竟(Einzellens),该三轴台可用来引导第一射束12 到RFQ孔中。 一黄向运动用于引导第一射束12进入RFQ元件40。 透镜电压和纵向运动能够用于在多个RFQ元件40中优化第一能级 的第一射束12。在其他实施方式中，f兹约束，如多个螺线管产生的 磁约束，也能够用于提供射束成形以及向将带电粒子提取到线性加 速器(RJF)元件中。
在一种特定实施方式中，多个才莫块化RFQ元件40能够用于将 第一能级的带电粒子第一射束聚束、聚焦和加速为第二能级的第二 射束。特别地，多个才莫块化RFQ元件40中的每一个构造为在RF 圓^主形结构中以200 MHz共4展频率工]乍的RF共l展月空。RF圆柱形 结构可包括能够限定或一黄向聚焦高能带电粒子的四极电极。在一个 实例中，四极电极被构造为控制该腔内的电场分布。其可以是叶片 或支柱^呆持结构(或支持结构，holding configuration )。四才及电才及可以被构造为控制射束中带电粒子的分布，使得当粒子在加速方向上
时暴露于电场中，且当粒子在减速方向上时与电场屏蔽。其中RF
电场的净效应是加速第一射束12的效果。在一种可^,:换的实施方
式中，RFQ元件40,或者具体地是编号为2至N的RFQ元件可以 将RF四极与漂移管技术结合，以及与其他线性加速器构造(RFID、 QFI等)结合。第一射束能够通过多个才莫块化RFQ元件40而^皮加 速成为第二能级射束。在一种特定实施方式中，在编号为N的RFQ 元件上的输出孔处，第二能级可以在1MeV 5MeV的范围内。
再参照图1,多个才莫块化RFQ元件40由RF能量系统20驱动， 该RF动力系统能够供应至少50kW的连续波(CW)l命出和/或150 kW占空比(duty)为约30%的月永冲车命出。例如，RF动力系统20 可以i殳定高达1000 MHz的#/(乍功率，而负才及额定功率为至少2.5 kW。还有其4也实施方式例如^f吏用三才及管、四才及管、速调管 (Klystrodes )、感应输出管(IOT )或同轴IOT ( C-IOT )以提供这 种RF功率转:换。RF动力系统和多个才莫块化RFQ元件中的每一个 都耦合于冷却系统(未示出)以防止该系统过热。例如，；令却系统 可以含有采用水或其他冷却液的多个平4亍冷却回i 各。在另 一种实施 方式中，^氐能射束传输单元和多个才莫块化RFQ元件中的每一个都 i殳置在高真空环境30中。例如，可以采用至少一个或多个400升/ 秒的涡轮分子真空泵来提供范围为低于5xl0—7托的真空。当然，还 可具有其他变体、^修改和替代形式。
如图1所示，粒子发生系统3进一步包括在编号为N的RFQ 元件输出孔处的高能射束传输(HEBT)单元53,用于捕获和引导 射束进入射束扩展器55。例如，射束扩展器可以采用通过四极、六 极、八极/或更高多极结构的多个磁体而维持的万兹场来将带电粒子束 均匀地再分布为具有更大直径的射束。射束扩展也能够通过射束产 生一定距离的漂移而发生，其中射束将会自然扩展为所需的射束直径和射束通量空间分布。采用射束扩展器，第二能级的带电粒子束
58在基纟反上能够具有高达500 mm的射束直径。扩展的射束直径降 低了高能粒子的功率通量从而避免了基板过热。扩展的射束也防止 了基板的外形损坏。另外，进入基板的离子的优化剂量率能够通过 至少射束直径调节以及射束电流控制而提供。例如，扩展的带电离 子束的总电流能够高达20 mA。采用500 mm的射束直径，功率通 量能够控制到50 W/cn^以下，此时功率通量低至足以使扩展的射 束能够发生慢扫描(或甚至不扫描)而不发生表面过热。例如，采 用更小的射束直径如5 cm (用于在每一 晶块内产生图案化的注入剂 量分布)，功率通量就能高达5 10kw/cm2,并需要i兹或静电快速扫 描而避免表面过热。在另一种实施方式中，射束扩展器的车lr出端口 直才妾一禺合于射束施力口系统(beam application system ),其中扩展的带 电粒子束能够用于注入到例如半导体基才反中。注入的半导体基板可 以进一步加工成一个或多个自支撑的厚膜，而用于诸如光伏电池的 应用中。而且，HEBT可包含用于磁或电质量分析的元件，以提供 仅仅是所需的物种进入基板。这将使得一些射束可以成形并使得可 以改变射束方向，以改进整个系统的封装。
在一种实施方式中，可才喿作地耦合于射束扩展器的系统5可以 是能够^接收高能带电粒子束的处理室。在一种特定实施方式中，可 以采用扩展的射束提供MeV能级的高能带电粒子束。例如，工件 70 (其可以是一个或多个块状半导体材料)可安装于托盘装置75 上并暴露于高能带电粒子束。在一种具体实施方式
中，工件可以被 安排为基本垂直于高能带电粒子束的方向。在另一种实施方式中， 4乇盘装置可以包括^又轴工作台(stage ) 80,通过该工作台，4乇盘装 置75能够进行2维移动，由此使得高能带电粒子束能够跨工件的 整个表面进行扫描。在另一种实施方式中，也可以采用工件在三维 方向中进行移动，以提高系统性能。当然，还可具有其他变体、修 改和^#代形式。
19再参照图1，控制系统90耦合于该设备。该控制系统可以是计 算机系统。控制系统为系统3和系统5分别提供运行和处理控制。 对于系统3,能够调节离子源10来提供具有所需电流(例如高达 30 mA)的准直带电粒子束。RF动力系统20可以连续波(CW )模 式或脉冲模式运行。控制系统控制输送到由多个模块化RFQ元件 形成的线性加速器的RF功率，包括所需功率水平和匹配频率 (matching frequency )。例4口， RFQ it/f牛可包4舌RF四才及单元、漂移 管或者以CW才莫式的组合。在CW才莫式中，在RF四才及单元(或编 号为1的RFQ元件)中的总RF功率库毛散为至少40 kW，而库毛散到 其余RFQ元件(即编号为2至N的RFQ元件)中的总RF功率为 至少26kW。射束传输单元也由控制系统通过调整三轴移动台和透 镜电压而控制，从而提供优化的射束捕获。控制系统连接到射束扩 展器从而使输出射束达到所需射束直径和射束均勻性。在一种特定 实施方式中，射束扩展器是用磁场控制的。在可替换实施方式中， 控制系统90连4妻到射束施加系统，从而才是供加工控制如温度测量 和4乇盘装置内的工件控制。当然，可以有其他变化、》爹改和替换。
在一种具体实施方式
中，本发明方法采用质量选择的高能注入 方法(mass-selected high-energy implant approach ),其具有合适的射 束强度。为了实现成本有效性，注入射束电流应该是几十毫安数量 级的H+或H-离子射束电流。如果系统能够注入这种足够高的能量， H2+离子就也能有利地用于获得更高的剂量率。这种离子注入i殳备 近来通过使用射频四极线性加速器(RFQ线性加速器)、漂移管线 性加速器(DTL)、RF(无线电)-射频聚焦交叉指(RFI， radio focused interdigitated )或四才及聚焦相间交叉指(QFI) #支术已经可以利用， 且可以/人 一 些乂>司々口力口利牙畐尼亚普莱才架顿的Accsys Technology Inc.， Linac Systems、 P可尔讦白克基(Albuquerque )的LLC, NM 87109 等获得。在一种特定实施方式中，根据本发明实施方式的设备提供用于
注入工艺的MeV能级的带电粒子束。注入工艺将多个杂质粒子引 入到半导体基板的厚度内的所选深度，,人而限定该厚度内的解理区 域。取决于应用，根据一种优选的实施方式， 一般选择较小质量的 粒子以减少材料区域发生损坏的可能性。也就是说，较小质量的粒 子易于行进通过基板材料到达所选深度而基本上不损坏该粒子横 穿通过的材料区域。例如，质量较小的粒子(或高能粒子)几乎可 以带<壬<可电荷(例如正电荷或负电荷)和/或是中性原子或分子、或 电子等。在一种特定实施方式中，粒子可以是带电粒子，包括离子 如氢及其同位素离子、稀有气体离子如氦及其同位素、以及氖等， 这取决于不同实施方式。粒子也可以衍生于化合物，如气体(例如 氬气、水蒸汽、甲烷和氢化合物)以及其他较轻原子质量的粒子。 可4, ;也，粒子可以是上述4立子和/或离子和/或分子物质和/或原子 物质的任何组合。粒子一般具有足够的动能，从而可通过表面渗透 进入到表面之下的所选深度。
现在参照图2,图2是根据本发明实施方式产生高能带电粒子 的方法的简图。如所示，该方法包括产生多个第一能级的带电粒子 的步恭聚(步4聚201)。在一种特定实施方式中，可以采用离子源如电 子回旋共振(ECR)、感应耦合等离子体、等离子体基磁控管离子 源、或潘宁源等来提供多个第一能级的带电粒子。第一能级的多个 带电粒子由低能传输(LEBT)单元引导(步骤203)进入线性加速 器。线性加速器将多个第一能级带电粒子加速(步骤205)而生成 多个第二能级的带电粒子。第二能级高于第一能级。将多个第二能 级的带电粒子施加于射束扩展器(步骤207)以扩展多个第二能级 带电粒子的射束直径。该方法将扩展的射束辐射到工件上(步骤 209)。在一种特定实施方式中，工件可以是设置在托盘装置中的半 导体基板晶块。对扩展的多个带电粒子束进行扫描(步骤211)并 才是供注入工艺，例如形成用于光伏应用的基寺反。当然，本领域4支术人员将识别许多变体、修改和替代形式，其中可以增加一个或多个 步骤，也可以去除一个或多个步骤，或者可以以不同顺序排列这些 步骤。
以采用氢作为注入到^圭晶片中的注入物质为例，注入工艺采用
一套特定的条件来实施。注入剂量范围为约lxlO"至约lxlO"个原 子/cm2,优选该剂量为小于约5xl0"个原子/cm2。注入能量范围为 约1MeV以上至约5MeV以上，乂人而形成用于光伏应用的厚膜。注 入温度范围为约-50。C至约550°C,优选4氐于约400°C以防止氩离 子从所注入硅晶片扩散出的可能性。氢离子可以被选择性地引入硅 晶片中到达所需深度，精度为约±0.03至±1.5 pm。当然，所用的离 子类型和工艺条件取决于具体应用。
作为举例，MeV范围的注入条件已由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，其结合于此作为参考。在V. G Reutov和Sh. Sh. Ibragimov中，
披露了通过注入过程中选4奪性加热以及注入后可再利用基板加热 采用可高达7MeV质子注入，用于产生高达350 jum厚度的分离硅 晶片。釆用1 MeV氬注入进4亍16 jim石圭膜热解理也净皮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，其结合于此作为参考。 在上下文中术语"分离的"或"转移的硅厚度，，是指通过注入的离 子范围形成的硅膜厚度能够脱离为自支撑状态或者脱离为永久基 板、或最终用作自支撑式基板的临时基板、或最终被安装到永久基 —反上。在一种优选实施方式中，硅材料足够厚并独立于起到支撑元 件作用的处理基一反。当然，用于处理和加工膜的具体工艺将取决于 具体的方法和应用。图3是图示根据本发明的 一种实施方式的采用连续工艺形成基 板的系统300的简图。该图仅为举例，不应该过度限制本文中权利 要求的范围。本领域中的普通技术人员将识别其他的变体、修改、 以及替代形式。如图3中所示，该系统包括提供至少一个基板元件 301。每一基板元件包括放置于其上的多个晶块303。多个位置中的 每一个包括待注入的可再利用的基一反元件301。在一种特定实施方 式中，多个晶块中的每一个可以包括半导体基板如单晶硅晶片、多 晶硅铸造晶片、晶块、或基板、锗化硅晶片、锗晶片、in/v族材料、n/vi族材料、氮化镓等。任何单晶材料都能够被切成特定取向而提 供如易于切割、优选的器件才喿作等优点。例如，石圭太阳电池能够切成主要具有(IOO)、 ( 110)或(111 )表面取向，从而形成这种类型的自支撑式基板。当然，也可制备具有从主晶向特意误切的取向面 的原初4牛。该系统还包4舌注入i殳备(未示出)。注入i殳备4立于处理室305内。在一种特定实施方式中，注入i殳备4是供扫描注入工艺。 在一种特定实施方式中，这样的注入设备可利用在线性加速器中产 生的扩展高能离子束。如图4中所示，注入设备包括离子注入头402, 以4是供4寺注入多个晶块中的杂质。该系统还包4舌可移动專九道元件 404。在某些实施方式中，该可移动轨道元件可包括滚轮、空气轴 承，或可移动轨道。可移动轨道元件404为扫描注入工艺提供基板 元件的空间位移。当然，可以存在其他变体、^修改和替代形式。才艮据本发明的某些实施方式，可以采用扫描才莫式注入。这种实 施方式的一个实例如图7-图7C的简化示意图中所示。具体而言， 图7是图示才艮据本发明用于实施注入的装置的一种实施方式的组件 的简化示意图。图7A示出了图7设备中离子源和低能射束传输部 分的方文大示意图。装置700包括与〗氐能射束传输(LEBT)部分704真空连通的 离子源702。 LEBT部分704可含有电和/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。参照图7A， LEBT接收流出离子源室703中的输出孑L 703a的离子，并将这些离子加速到相对较低的能量(100 keV或更^f氐，此 处为-30keV)。离子的这种加速达到必须的共振速度以连4妄到随后 线性加速器部分720的第一射频四才及(RFQ)级(stage) 722。可 替代地，这可以使用多个螺线管实现，这些螺线管可利用磁性提取、 成形和聚焦射束。离子源的实例包括ECR、；微波离子源、7磁控管离子源、或潘宁 源。离子化方法的实例包括使用电子束(e-beam)、激光、冷和热 阴才及》文电、禾口热才支术。LEBT 704通常还用于成形离子束以Y更优化接收到线性加速器 部分720的第一 RFP级722。在该特定实施方式中，射束成形元件 是单透镜706。然而，在可替代的实施方式中，也可使用釆用不同 构造的其他LEBT透镜，如螺线管(磁场透镜化)。LEBT 704还包括电子抑制器元件708。该元件708用于抑制通 过与LEBT暴露表面相互作用的越轨离子(错误离子，errantions) 产生的次纟及电子。进入线性加速器720后，离子束即被连续的工作台加速到越来 越高的能量。图7B示出了线性加速器部分720的简化示意图。在第一 RFQ工作台722中，离子从~ 30 keV的能量被加速到 约1.1 MeV的能量。在第二线性加速器级724中，离子被加速到约2.1 MeV。在第三和最后的线性加速器级726中，离子被加速到约 3.5 MeV或甚至更高的能量。通过LEBT提供给第一加速器722入口的离子束在源脉沖 (source pulse )期间是连续的。然而，经由RF加速器720的交^# 加速/聚焦机构，这种连续射束被转换成包(packet)或串(bunch), 当它们沿着这些线性加速器加速时暂时间隔一个RF周期。图7B 示出了典型的水平RF》文大器(level RF amplifier )、反馈控制和线 性加速器的RF连接(或耦接)。 一个或多个RF输入连接(或耦接) 于RFQ和RFI线性加速器的一个或多个组合。在工作期间，监控 RFQ和RFI腔的反射功率。在封闭的反馈回路中，RF频率^皮调整 /人而通过在所有腔体中同时保持共4展而最小化反射功率。选4奪RFQ和RFI组合从而最大化系统效率。具体地，因为RFQ 冲支术的效率在质子能量高于约0.75 MeV时减小，RFI线性加速器 (比RFQ更高效)净皮用在后续加速级中,人而达到最终射束能量。离子束穿过线性加速器部分720中的输出孔720a后，即进入 高能射束传输(HEBT )部分740。 HEBT部分740的功能是使从最 后的线性加速器级726 (例如从椭圆到圓形)离开的高能离子束成 形、使高能离子束的^各径发生弯曲，并且如果合适的话，实现射束 在草巴标上的扫描。射束的成形和聚焦者卩是用四纟及和六4及等》兹聚焦的 各种组合实施的，其中不兹场以 一 定方式排列而使射束在优选的方向 上成形。射束行进通过一套诊断元件并进入用于质量分析的双极磁 体(dipole magnet )。此时，将磁场排列为能够分析带电粒子的动量。特别地，高度能量化的离子束首先可选地暴露于分析》兹体742, 这会改变射束的方向并实施本申请说明书中描述的净化功能，以使 高能射束的初始污染物一皮输送到束流收集器744 。才艮据某些实施方式，分析磁体742向射束施加随时间保持恒定 的力，以使净化射束的最终方向不会发生变化。然而，根据可替代 的实施方式，分析》兹体可以对射束施加随时间变化的力，以-使射束 的方向实际上发生变化。如下文所详细描述的，这样的通过分析f兹 体实现的射束方向的改变可用来实现所需的射束沿一个轴的扫描。经过这种分析f兹体元件之后，可以进行进一步的射束聚焦，而 最后射束将会采用各种方法进行扫描而提供DC补偿(DC offset) 和/或AC变化射束。还可存在用于对整个区域范围或图案化范围划 线(即，^L点或线)的精密控制系统。具体而言，离开分析》兹体后，所净化的离子束即进入射束扫描 器748。图7C示出了才艮据本发明的射束扫描器748的一种实施方 式的筒化示意图。具体而言，射束扫描器748包括构造为扫描以改 变第一平面中射束位置的第一扫描器偶^l子747。射束扫描器748 还包括第二扫描器偶极子749，其构造为扫描以改变在垂直于第一 平面的第二平面中的射束的位置。在整个HEBT中，通过分配一个专用的漂移部件使得射束发生 扩展。射束扩展器可以是HEBT中的最后元件。射束扩展器可以是 一种器件(磁八极等)，或者可以是射束的一段行进距离使得其能 够自身发生扩展。由于额外行进而产生的射束扩展可以是优选的， 因为使用扫描器可能导致扫描器射束下游的有效扩展/成形极度困 难。总之，射束从线性加速器被传输到射束分析器，然后传输到射 束扫描器，并最后进行射束扩展。图7D-G示出了根据本发明的一种实施方式在工件上扫描高能 离子射束的仿真结果(或模拟结果)。具体而言，图7D示出了532 光斑暴露(spot exposure )的光斥册图。图7E以三维形式《会制出图7D的532光斑暴露的功率密度。图7E以二维形式《会制出图7D的532 光斑暴露的功率密度。图7G是lm漂移后功率密度对5cm晶片上分布的条形图。这 些图共同表明采用功率密度均匀性低于<5%且质子密度为 3E16/sq-cm照射5cm直径的工件是可能的。尽管图7C中所示的射束扫描器的具体实施方式
含有两个偶极 子，但是这并非本发明必需的。根据可替代的实施方式，射束扫描 器可仅仅包括单个偶极子。具体而言，根据某些实施方式，定位于 射束扫描器上游的分析器》兹体，可用于在垂直于通过射束扫描器的 单个偶极子实现的扫描方向的平面中提供扫描。在一种这样的实施 方式中，在分冲斤器》兹体的石兹场中的时差(time-variance)可以产生 能量化射束，其方向偏离法线+/-4。。这种在从分析》兹体出来的净化 射束方向上的"摇摆"，可以代替射束扫描器第二偶极子用于进行 扫描。可替换地，这种摇摆的射束可以用于与同样具有第二偶极子 的射束扫描器组合，以使在摇摆方向上扫描的幅度增加。这种射束 扫描器能够用于通过DC偏移移动射束，于是使得这种摇摆发生。在HEBT中，通过分配一个专用的漂移部件4吏得射束发生扩 展。射束扩展器是HEBT中的最后元件。射束扩展器可以是一种器 件(磁八极等)，或者可以是允许射束自身扩展的射束行程长度。 由于额外行程导致的射束扩展可以是优选的，这是由于使用扫描器 可使扫描器下游的射束动态扩展/成形极其困难。总之，射束从线性 加速器被传输到射束分析器，然后传输到射束扫描器，并最后进行 射束扩展。尽管图7中所示的具体实施方式
包括用于成形并控制射束路径 的元件，然而这些并非本发明所必需的。才艮据本发明的可^弄代的实施方式可采用漂移管设计，其缺少这些元件并使得在退出加速器之 后射束形状可发生扩展。图7显示了设备的其余组件，包括终端站759。在这个终端站 759中，晶块760在^皮高能离子束扫描过程中在真空中被扫描台762 支撑。晶块760通过才几4成臂室(robotic chamber ) 764和装载锁(load lock ) 766才是供纟合扫描台。扫描工作台762可以起到平移接受离子射束的工件或块状材料 的位置的作用。才艮据某些实施方式，扫描工作台可以^皮构造成^f又沿 着单个轴移动。#4居其他实施方式，扫描工作台可以被构造成沿着 两个轴移动。如图7中的具体实施方式
中所示，扫描台物理平移乾i 材料可伴随以扫描装置单独动作进行射束扫描，或与射束滤波器 (beam filter )实现的扫描相结合进行射束扫描。本发明不要求扫描 台，在某些实施方式中，工件可以^争止的方式一皮支撑同时暴露于辐 照。图7-图7C的设备的各个组件通常在包括处理器782和计算机 可读储存介质784的主计算机780控制之下。具体而言，处理器被 构造成与设备700的各个元件实现电子通信，包括离子源、加速器、 LEBT、 HEBT和终端站。计算才几可读4诸存介质其上卩诸存有^码用于 对这些不同组件中的任一个发送指令。可以通过接收于处理器的指 令而进行控制的工艺方面的实例包括但不限于，在各组件如终端站 和HEBT中的压力、射束电流、射束形状、扫描图案(通过利用扫 描器和/或分析石兹体扫描，和/或利用衬底处XY驱动的平台的平移 移动靶，即刷涂(painting ))、射束时序控制、晶块在终端站的进料 和/或出料、射束清洗设备(即分析磁体)的操作、以及施加到离子 源的气体流和/或功率等。以上描述的示例系统(coupon system )的各种组件可以采用具 有各种特征的计算机系统实施。图8示出了包含显示装置820、显 示屏830、机箱840、 4建盘850和鼠标870的普通计算才几系统810 的实例。鼠标870和^T建盘850是代表性的"用户输入设备"。鼠标 870包括用于图形用户界面设备上按键选择的按键880。用户输入 设备的其他实例是触摸屏、光笔、轨迹球、数字手套、麦克风等。 图8表示的仅仅是用于实施本发明的一种类型的系统。对于本领域 中的普通技术技术人员来说，许多系统类型和结构设计都适合与本 发明结合使用是显而易见的。在一种优选的实施方式中，计算机系 统810包4舌运行《效專欠/>司的Windows NT才喿作系统的基于奔腾 (Pentium)处理器的计算才几。然而，本领域4支术人员可以容易地调 整该设备而适用于其他操作系统和体系结构，而不偏离本发明的范 围。如上文所述，鼠标870可具有一个或多个4姿4建，如4姿4囊880。 才几箱840容纳常见的计算机组件如f兹盘驱动器、处理器、^f诸存器等。 储存器包括但不限于磁盘驱动器、磁带、固态记忆体、磁泡存储器 等。机箱840可包括其他的硬件，如输入/输出(1/0)接口卡，用 于将计算机系统810连接到外部设备、外部存储器、其他计算机或 其他外围i殳备，这将在以下进一步描述。图8A是在图8的计算4几系统810中的基础子系统的图示。该 图仅仅是一种例示，不应该限制本文中的权利要求。本领域中的普 通技术人员将识别其他变体、》多改和替代形式。在某些实施方式中， 子系统经由系统总线875进行互联。还示出了如打印机874、键盘 878、硬盘879、连接于显示适配器882的监视器876等其他的子系 统。外围设备和输入/输出(I/O )设备(连接于I/O控制器871 )負fe 够通过本领域已知的各种方式连接到计算机系统，如串行端口 877。 例如，串行端口 877可用于将计算机系统连接到调制解调器881，调制解调器进而连接到广域网络如因特网、鼠标输入装置、或扫描仪。经由系统总线的互联使得中央处理器873可与每一子系统通信 以控制来自系统内存872或硬盘879的指令的执行，以及子系统之 间的信息交换。本领域中的普通易于实现子系统的其他安排和互 联。系统存储器和硬盘是用于计算机程序存储的有形存储介质 (tangible media )的实例，其他类型的实体介质包括软盘、可移动 硬盘、光储存介质如CD-ROMS和条形码，以及半导体存储器如闪 存、只读存储器(ROM )和电池备份存储器(battery backed memory )。在本申i青中描述的任何软件组件或功能，可以作为采用任何合 适的计算枳j吾言如Java 、 C十+或Perl利用例如传统的或面向对象的 寺支术通过处理器4丸^f亍软件代码而实施。软件代码可以以系列指令或 命令储存于计算一几可读介质如随一几存取存4诸器(RAM)、只读存4诸 器(ROM)、石兹介质如》更驱或l欠盘、或光介质如CD-ROM。任何这 种计算机可读介质可以存在于单个计算设备之上或之内，可以存在 于系统或网全各内不同计算i殳备之上或之内。注入的粒子有效地沿着平行于基板顶表面的平面在所选深度 增加应力或降低断裂能。能量部分取决于注入物质和条件。这些粒 子降低了所选深度处基板的断裂能级。这容许在所选深度处沿着注 入平面实施受4空的解理。根据具体实施方式
，注入可在使得所有内部位置处的基板能量 状态不足以引发基板材料内的不可逆断裂(即分离和裂开)的条件 下进行。可替代地，图案化注入能够用于将粒子仅引入到基板的仅 某些区域，或者在某些区域引入较低的剂量。根据某些这样的实施方式，可以采用图案化注入，4吏得仅仅引 发解理的区域接收满剂量或高剂量。仅发生解理传播的其他区域可 以接收降低的剂量或根本不接收剂量。这种剂量上的变化可以通过控制特定区域内射束的驻留时间、通过控制特定区域暴露于射束的 次数、或者通过这两种方法的某种组合而完成。在一种实施方式中，20 mA的H+离子射束可以以最低200 ps驻留时间提供由2.5 km/sec (对应于lm托盘宽度内采用5cm射束直径的1.25kHz扫描频率) 的扫描速率产生的1.25xl017H原子/ (cm2 sec)的通量，获得了 2.5xl013H原子/cm2的单程(per-pass)最小剂量。当然，4交长的驻 留时间会增加所接收的剂量。根据某些实施方式，高剂量区域的解理行为可通过其他作用力 引发，包括但不限于物理撞击(刀片)、超声波或由于不同物质之 间热膨胀/收缩系数差异所致的应力。根据一种具体实施方式
，基板 可以结合于金属层，随着基板/金属结合体冷却，会诱导足以引发接 收高注入剂量的区域发生解理的应力，和/或传播先前存在的注入开 始区。然而，应该注意到，注入剂量通常导f丈在基纟反上一定量的缺陷 (例如，樣W夹陷)，其可通过随后的热处理例如热退火或'决速热退 火而至少部分地得到》f复。可选地，才艮据一种特定实施方式，该方 法包4舌注入工艺之后的热处理工艺。在一种特定实施方式中，本方 法针对石圭材料采用约450。C至约600°C的热处理工艺。在一种优选 的实施方式中，热处理可采用传导、对流、辐射或这些才支术的任意 组合实施。高能粒子束也可以4是供部分热能，并与外部温度源结合 而实现所需的注入温度。在某些实施方式中，仅高能粒子束就可以 才是供注入所需的全部热能。在一种^尤选的实施方式中，进4于热处5里 以调节解理区域用于随后的解理工艺。当然，可以存在其他变体、 〃修改和4齐代形式。在一种特定实施方式中，该方法包括采用解理工艺释方丈可分离 材料厚度(其是自支撑式的)的步骤，同时可分离材料从叠置的支撑元件等分离出来，如图5所示。如所示，可分离材料501从其余 基外反部分505移除。在具体实施方式
中，释放步-骤可采用受控的解 理工艺实施。受控的解理工艺在供体基板解理区域的部分内提供了 所选能量。仅仅作为实例，受控的解理工艺描述于共同转让给加利 对畐尼亚圣"f可塞的 Silicon Genesis Corporation 的题为 Controlled Cleaving Process (受4空的解理工艺)的美国专利第6,013,563号中， 出于所有目的将其结合于此作为参考。如所示，该方法从基板释放材料厚度以完全移除材料厚度。当然，可以存在其他变体、替代形 式和修改。在一种实施方式中，该方法采用一个或多个图案化区域以促进 解理行为的开始。在一种特定实施方式中，本方法4是供了具有表面 区域和厚度的半导体基板。该方法包括使半导体基板表面区域经受 第 一多个采用线性加速器产生的高能粒子而在解理区域内形成多 个吸杂位点(或吸除位点，gettering sites)的图案4匕区i或。在一种 优选的实施方式中，解理区域i殳置于表面区域之下，以限定待分离 的材料厚度。半导体基板维持在第一温度下。该方法还包括对半导 体基板进行处理工艺例如热处理。该方法包括使半导体基板表面区 域经受第二多个高能粒子，提供该第二多个高能粒子用于将解理区 域的应力水平/人第 一应力水平4是高到第二应力水平。该方法包括在 图案化区域的所选区域采用解理工艺开始解理行为从而将可分离 材料的部分厚度分离，以及采用解理工艺分离可分离材料的厚度。图案化注入次序可以使表面经受剂量的变化，其中引发区域通 常采用更高的剂量禾口/或热累禾只;欠序(thermal budget sequence )进^f亍 显影。可以以许多方式实现解理传播从而完成解理行为。 一种方法 是采用额外的剂量区域以引导解理向前传播。另 一种解理传播的方 法是沿着采用应力控制引导的深度行进。还有一种解理传播方法沿 着天然结晶解理平面而4亍进。一些或大多数区域可以以较少的剂量注入，或才艮本不注入，取 决于所用的特定解理技术。这种低剂量化的区域通过降低从基板拆 除每个膜所需的总剂量能够有助于改进注入系统的总生产率。
图6图示出根据本发明的可替代实施方式释放可分离材料厚度 610的方法600。如所示，解理平面602 4是供于具有表面区域606 的基^反604。基^反可以是石圭晶片等。在一种具体实施方式
中，解理 平面能够采用在本发明i兌明书其他j也方描述的注入氢物质而4是供。 也可以〗吏用其^也注入物质。这些其^f也注入物质可包4舌氦物质或纽L 合。在一种具体实施方式
，基板维持在预定温度范围。如所示，才是 供了卡盘组件608。卡盘组件包括提供真空、加热气体和低温/冷气 的装置。为了分离可分离材料，将卡盘组件连接于基板的表面区域， 并且卡盘组件释放加热气体，以将基板的温度提高到另一范围。基 板采用低温/冷气进行冷却从而导致材料厚度从基板上分离。然后通 过向表面区域612施加真空，将分离的材泮十厚度移出。当然，可以 存在其他变体、i'务改和替代形式。
在一种特定实施方式中，本发明方法能够实施其他工艺。例如， 本方法能够将分离出的材料厚度置于支撑组件上，随后对其进行处 理。另外地或可选地，在将表面区域施加于第一多个高能粒子之前， 该方法在半导体基板上实施一个或多个工艺。4艮据不同的实施方 式，这些工艺可以是形成光伏电池、集成电路、光学器件及其这些 中的组合等。当然，可以存在其他变体、》务改和^,^C形式。
应该认识到，本文中描述的实施例和实施方式^又仅是出于例示 的目的，本领域中的技术人员将可联想到其各种修改或变化，这些 修改或变化应当包括在本申请的精神和以及附加的权利要求的范 围内。
3权利要求
1. 一种用于提供用于制造能够自支撑的一个或多个可分离半导体膜的带电粒子的设备，所述设备包括用于产生多个带电粒子的离子源，所述多个带电粒子是处于第一能级的准直射束提供的；射频四极(RFQ)线性加速器，所述RFQ线性加速器包括编号为1至N的多个模块化射频四极(RFQ)元件，其中N是大于1的整数，所述多个模块化RFQ元件中的每一个彼此顺次耦合，所述RFQ线性加速器控制处于所述第一能级的带电粒子束并将其加速为具有第二能级的带电粒子束，编号为1的RFQ元件可操作地耦合于所述离子源；输出孔，耦合于所述RFQ线性加速器中编号为N的RFQ元件；射束扩展器，耦合于所述输出孔，所述射束扩展器被构造为将所述第二能级的带电粒子束处理为扩展的带电粒子束；处理室，耦合于所述射束扩展器；以及工件，设置于所述处理室内，所述工件包括注入所述扩展的带电粒子束的表面区域。
2. 根据权利要求1所述的设备，其中，所述离子源选自ECR离 子源、樣i波离子源、ICP离子源、或其它离子源。
3. 根据权利要求1所述的设备，其中，由所述离子源产生的所述 多个带电粒子可选自H—或IT (质子)或H"物质。
4. 根据权利要求1所述的设备，其中，所述离子源能够产生在约 25 keV的能量下可调电流高达30mA的离子束。
5. 根据权利要求1所述的设备，其中，所述离子源能够在连续才莫 式下或在具有10至100 (as的可调月永沖长度和10至3000 Hz 的可调重复频率的力永冲才莫式下工作。
6. 根据权利要求1所述的设备，其中，所述编号为1的RFQ元 件包括具有能够将离子束从25 keV的能量聚焦、聚束并加速 到至少0.75 MeV能量的共振频率为约200 MHz的RFQ线性加速器子系统。
7. 根据权利要求1所述的设备，其中，从所述编号为N的RFQ 元件离开的加速射束可以是在0.5至7 MeV的能级范围内具 有高达约30mA电流的质子束。
8. 根据权利要求1所述的设备，其中，所述射束扩展器能够采用 i兹四才及和/或/乂才及场处理具有/人3 mm或更小至约50 cm的可 调射束尺寸的射束。
9. 根据权利要求1所述的设备，其中，所述处理室包括用来支撑 所述工件以 -使所述表面区i或的至少 一 部分受到所述第二能级 的所述带电粒子束辐照的托盘装置。
10. 根据权利要求9所述的设备，其中，所述托盘装置被构造成可 到所述工4牛中。
11. 根据权利要求1所述的设备，进一步包括被构造为控制所述离子源射束电流、rf电源、束流动力学、注入和/或解理工艺的 计算才几控制系统。
12. —种引入用于制造用于器件应用的能够自支撑的一个或多个 可分离半导体膜的带电粒子的方法，所述方法包括利用离子源产生具有处于第一能级的射束电流的带电粒 子束；通过耦合于所述离子源的射频四极(RFQ )线性加速器将 处于第一能级的所述射束转换成处于第二能级的射束，所述 RFQ线性加速器包括编号为1至N的多个模块化RFQ元件， 其中N为大于1的整凄t;采用耦合于所述RFQ线性加速器的射束扩展器处理处于 所述第二能级的射束以扩展能够注入所述带电粒子的所述射 束尺寸；以及将处于所述第二能级的射束通过表面区域辐照到工件 中，所述工件被安装在耦合于所述射束扩展器的处理室内，所 述耦合方式为，具有一定射束尺寸的处于所述第二能级的射束 能够横跨所述表面区域进行扫描并产生从所述工件的所述表 面区域在超过约50 pm的深度处具有平均注入剂量的解理区 域。
13. 根据权利要求12所述的方法，其中，所述第二能级为约0.5 至7 MeV。
14. 根据权利要求12所述的方法，其中，所述带电粒子束包括氩 离子。
15. 才艮据^又利要求12所述的方法，其中，所述辐照所述射束包括「 通过扫描所述射束或平移所述工件而改变所述工件上的所述 射束的位置。
16. —种系纟充，包4舌离子源，其被构造为输出低能离子射束；低能射束传输(LEBT)部分，其被构造为聚焦从所述离 子源接收的所述低能离子射束；线性加速器，其被构造为将所述聚焦的低能离子射束转 换成高能离子射束；高能射束传输(HEBT)部分，其被构造为接收所述高能 离子射束；和终端站，其被构造为支撑块状材料以使所述块状材冲牛的 表面暴露于所述高能离子射束。
17. 根据权利要求16所述的系统，其中 所述离子源包括含有氲离子的所述射束的电子回旋共才展 (ECR)或樣吏波源；所述LEBT部分包4舌单透4竟或螺线管透镜；所述线性加速器包括构造为将所述氢离子射束加速到约 0.5-7MeV之间能量的一 系列连续射频四才及(RFQ )级；所述HEBT部分包括扫描装置；以及所述终端站被构造为支撑共用托盘上的多个块状材料。
18. 根据权利要求16所述的系统，其中，所述HEBT部分包4舌构 造为横跨所述多个块状材料之一扫描所述射束的装置。
19. 根据权利要求18所述的系统，其中，所述扫描装置包括,争电 元件或磁元件。
20. 根据权利要求18所述的系统，其中，所述扫描装置被构造为 使所述扫描的高能射束以关于法线方向小于约4度的角度轰 击所述块状材料表面。
21. 根据权利要求16所述的系统，其中，所述终端站3皮构造为在 暴露于所述离子束期间沿着至少一个轴物理地平移所述块状 材料。
22. 根据权利要求16所述的系统，其中，所述HEBT部分进一步 包括射束扩展器。
23. 根据权利要求16所述的系统，其中，所述线性加速器包括 RFQ、 QFI、 RFI、和/或DTL元fK
24. —种由块状材料制作自支撑式膜的方法，所述方法包括将所述块状材料的表面暴露于由耦合于RFQ线性加速器 的ECR离子源产生的离子的高能离子束，以使来自所述射束 的氢离子被注入到所述块状材料的约20|am或更深的深度中； 以及在所述深度从所述块状材料解理所述自支撑式膜。
25. 才艮据斥又利要求24所述的方法，其中，所述射束具有约0.5至7 MeV的能量。
26. 根据权利要求24所述的方法，进一步包括横跨所述块状材泮牛 的表面扫描所述高能射束。
27. 4艮据斥又利要求24所述的方法，进一步包4舌在所述暴露期间沿 着至少一个轴平移所述块状材料。
28. —种设备，包括ECR离子源；低能射束传输(LEBT)部分，包括单透镜并具有与所述 ECR离子源真空连通的进口；线性加速器部分，包才舌三个连续RFQ级，用于将乂人所述 LEBT部分输出的氢离子射束的能量升高到约0.5至7MeV;高能射束传输(HEBT)部分，与所述线性加速器部分的 出口真空连通，所述HEBT部分包括射束扫描器；以及终端站，其被构造为在所述表面暴露于所述扫描的高能 射束时沿着轴平移块状材料表面。
全文摘要
本发明提供了一种用于形成能够自支撑的一个或多个可分离半导体膜的系统。该设备包括用来产生多个处于第一能级的准直带电粒子的离子源。该系统包括具有编号为1至N的多个彼此顺次耦合的模块化射频四极(RFQ)元件的线性加速器，其中N是大于1的整数。该线性加速器控制和加速所述多个第一能级的准直带电粒子成为具有处于第二能级的带电粒子束。编号为1的RFQ元件可操作地连接(或耦合)于离子源。该系统包括耦接(或连接)于RFQ线性加速器中编号为N的RFQ元件的输出孔。在一种特定实施方式中，该系统包括耦合(或连接)于输出孔的射束扩展器，射束扩展器被设计为将第二能级带电粒子束处理成扩展的带电粒子束。该系统包括连接于射束扩展器的处理室和设置于该处理室中的待注入工件。
文档编号H05H7/00GK101536616SQ200780041601
公开日2009年9月16日 申请日期2007年11月8日 优先权日2006年11月8日
发明者巴巴克·阿迪比, 弗兰乔斯·J·亨利, 艾伯特·拉姆 申请人:硅源公司