JP2010509714A - 半導体材料に対して高周波四重極リニア加速器を用いて微粒子を導入する装置及び方法 - Google Patents
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- H01J2237/04737—Changing particle velocity accelerating with electrostatic means radio-frequency quadrupole [RFQ]
Abstract
【解決手段】本装置は、第一のエネルギーレベルにある複数の平行化した荷電粒子を生成するイオン源を備える。本システムは、1からN個の相互に連続した高周波四重極(RFQ)エレメントを有するリニア加速器を備え、Nは1より大きな整数である。本リニア加速器は、第一のエネルギーレベルにある複数の平行化した荷電粒子を、第二のエネルギーレベルを有する荷電粒子ビーム内へと、制御して加速する。1番目のRFQエレメントは、イオン源に動作可能に接続される。本システムは、RFQリニア加速器の番号NのRFQエレメントに接続される出口アパーチャを備える。具体的な実施形態において、本システムは出口アパーチャに接続されるビームエキスパンダを備え、該ビームエキスパンダは第二のエネルギーレベルにある荷電粒子ビームを処理し、荷電粒子の拡大ビームとするよう構成される。本システムは、ビームエキスパンダと、注入のためにプロセスチャンバ内に供給されるワークピースとに接続する、プロセスチャンバを備える。
【選択図】図1
Description
本特許出願は、全ての目的で全体を参照により本願明細書に援用する、2006年11月8日に出願された米国仮特許出願第60/864966号の優先権を主張する。
本発明に係る実施形態は、概して、半導体材料プロセスのために荷電粒子を導入する装置及び方法を含む技術に関する。より具体的には、本装置及び方法は、光発電セルを含むデバイス応用のための、自立できる一以上の分離可能な半導体膜を製造するために、MeVのエネルギーレベルを有する粒子ビームを得る、高周波四重極リニア加速器等の、リニア加速器(Linac、ライナック)を用いるシステムを提供する。しかし、本発明はより広い範囲の適用性があることが認識されるだろう。集積半導体デバイスの三次元パッケージ、光又は光電子デバイス、圧電デバイス、フラットパネルディスプレイ、微小電気機械システム(“MEMS”)、ナノテクノロジー構造、センサ、アクチュエータ、集積回路、生物学及び生物医学デバイス等、他の種類の応用にも適用することが可能である。
Claims (28)
- 自立できる一以上の分離可能な半導体膜の製造のために荷電粒子を提供する装置であって、
複数の荷電粒子を生成するイオン源であって、前記複数の荷電粒子は第一のエネルギーレベルにある平行化したビームとして提供されるイオン源と、
高周波四重極(RFQ)リニア加速器であって、前記RFQリニア加速器は1からNまでの番号が付けられた複数のモジュール式高周波四重極(RFQ)エレメントを含み、Nは1より大きな整数であり、前記複数のモジュール式RFQエレメントのそれぞれは相互に連続して接続され、RFQリニア加速器は前記荷電粒子を第一のエネルギービームに制御及び加速して第二のエネルギーレベルを有する荷電粒子のビームとし、番号1のRFQエレメントは前記イオン源に接続されて動作可能である加速器と、
RFQリニア加速器の番号NのRFQエレメントに接続される出口アパーチャと、
前記出口アパーチャに接続されるビームエキスパンダであって、前記ビームエキスパンダは前記第二のエネルギーレベルにある荷電粒子の前記ビームを荷電粒子の拡大ビームに処理するよう構成されるビームエキスパンダと、
前記ビームエキスパンダに接続されるプロセスチャンバと、
前記プロセスチャンバ内に供給されるワークピースであって、前記ワークピースは荷電粒子の前記拡大ビームによって注入される表面領域を含むワークピースと、
を含む装置。 - 前記イオン源は、ECRイオン源、マイクロ波イオン源、ICPイオン源又は他から選択される、請求項1に記載の装置。
- 前記イオン源によって生成した前記複数の荷電粒子は、H−又はH+(陽子)又はH2+から選択することができる、請求項1に記載の装置。
- 前記イオン源は、30mAまでの調節可能な電流を用いて約25keVのエネルギーレベルにあるイオンビームを生成することができる、請求項1に記載の装置。
- 前記イオン源は、連続モード、又は10から100μsの調節可能なパルス幅及び10から3000Hzの調節可能な繰り返し周期を有するパルス化モードにおいて動作することができる、請求項1に記載の装置。
- 番号1の前記RFQエレメントは、25keVのエネルギーから少なくとも0.75MeVのエネルギーまでのイオンビームの、集束、圧縮(bunching)及び加速が可能である、約200MHzの共振周波数を有するRFQライナックサブシステムを含む、請求項1に記載の装置。
- 番号Nの前記RFQエレメントを出る前記加速されたビームは、0.5から7MeVのエネルギーレベルにおける約30mAまでの電流を有する陽子ビームであってもよい、請求項1に記載の装置。
- 前記ビームエキスパンダは、四重極又は八重極の磁場を用いて、3mm以下から約50cmまで調節可能なビームサイズを有する前記ビームを処理することができる、請求項1に記載の装置。
- 前記プロセスチャンバは、少なくとも前記表面領域の部分が、前記第二のレベルにある荷電粒子のビームで照射されるように、前記ワークピースを支持するトレイデバイスを含む、請求項1に記載の装置。
- 前記トレイデバイスは、荷電粒子の前記ビームが、前記表面領域を横切って走査することと、前記ワークピースに注入されることと、を可能とするために移動するよう構成される、請求項9に記載の装置。
- 前記イオン源のビーム電流、高周波電源、ビーム動力学、注入又は劈開プロセスを制御するよう構成されるコンピュータ制御システムを、さらに含む、請求項1に記載の装置。
- デバイス用途の自立できる一以上の分離可能な半導体膜を製造するために荷電粒子を導入する方法であって、
イオン源を用いて、第一のエネルギーレベルにあるビーム電流を有する荷電粒子のビームを生成するステップと、
前記イオン源に接続される高周波四重極(RFQ)リニア加速器を通じて、第一のエネルギーレベルにある前記ビームを、第二のエネルギーレベルにあるビームに移送するステップであって、前記RFQリニア加速器は1からNの番号が付けられたモジュール式RFQエレメントを含み、Nは1より大きな整数であるステップと、
前記荷電粒子を注入することができるビームサイズを拡大するために、前記RFQリニア加速器に接続されるビームエキスパンダを用いて、前記第二のエネルギーレベルにある前記ビームを処理するステップと、
前記第二のエネルギーレベルにある前記ビームを表面領域を通じてワークピースに照射するステップであって、前記ワークピースは、前記表面領域を横切って走査し、前記ワークピースの表面領域から約50マイクロメートルを超える深さに、平均注入線量を有する劈開領域を作り出せるように、前記ビームエキスパンダに接続されるプロセスチャンバ内にマウントされるステップと、
を含む方法。 - 前記第二のエネルギーレベルは、約0.5から7MeVの間である、請求項12に記載の方法。
- 荷電粒子の前記ビームは、水素イオンを含む、請求項12に記載の方法。
- 前記ビームを照射するステップは、前記ビームを走査すること又は前記ワークピースを平行移動することにより、前記ワークピース上の前記ビームの位置を変えるステップを含む、請求項12に記載の方法。
- 低エネルギーイオンビームを出力するよう構成されるイオン源と、
前記イオン源から受けた前記低エネルギーイオンビームを集束するよう構成される低エネルギーイオンビーム輸送(LEBT)部と、
前記集束した低エネルギーイオンビームを高エネルギーイオンビームに変換するよう構成されるリニア加速器と、
前記高エネルギーイオンビームを受けるよう構成される高エネルギーイオンビーム輸送(HEBT)部と、
バルク材料を、前記バルク材料が前記高エネルギーイオンビームに露出されるように支持するよう構成される端部ステーションと、
を含むシステム。 - 前記イオン源は、電子サイクロトロン共鳴(ECR)又は水素イオンを含むビームのマイクロ波源を含み、
前記LEBT部は、アインツェルレンズ又はソレノイドレンズを含み、
前記リニア加速器は、水素イオンの前記ビームを約0.5〜7MeVの間のエネルギーに加速するよう構成される、一連の連続した高周波四重極(RFQ)ステージを含み、
前記HEBT部は走査デバイスを含み、前記端部ステーションは、共通トレイ上に複数のバルク材料を支持するよう構成される、請求項16に記載のシステム。 - 前記HEBT部は、複数の前記バルク材料の一つを横切って前記ビームを走査するよう構成される装置を含む、請求項16に記載のシステム。
- 前記走査デバイスは、静電又は磁気素子を含む、請求項18に記載のシステム。
- 前記走査デバイスは、前記走査される高エネルギービームを、法線から約4度未満の角度で前記バルク材料の表面に衝突させるよう構成される、請求項18に記載のシステム。
- 前記端部ステーションは、前記イオンビームへの露出の間、少なくとも一つの軸に沿って前記バルク材料を物理的に平行移動するよう構成される、請求項16に記載のシステム。
- 前記HEBT部は、ビームエキスパンダを、さらに含む、請求項16に記載のシステム。
- 前記リニア加速器は、RFQ、QFI、RFI、又はDTLエレメントを含む、請求項16に記載のシステム。
- バルク材料から自立膜を作る方法であって、
前記バルク材料の表面を、RFQリニア加速器に接続されるECRイオン源によって生成したイオンの高エネルギービームに露出するステップであって、前記イオンビームからの水素イオンが前記バルク材料の中に約20マイクロメートル以上の深さに注入されるようにするステップと、
前記自立膜を前記深さにおいて前記バルク材料から劈開するステップと、
を含む方法。 - 前記ビームは、約0.5及から7MeVの間のエネルギーを有する、請求項24に記載の方法。
- 前記バルク材料の表面を横切って前記高エネルギービームを走査するステップを、さらに含む、請求項24に記載の方法。
- 前記露出するステップの間に、少なくとも一つの軸に沿って前記バルク材料を平行移動するステップを、さらに含む、請求項24に記載の方法。
- ECRイオン源と、
アインツェルレンズを含み、前記ECRイオン源と連通して真空にある入口を有する低エネルギービーム輸送(LEBT)部と、
前記LEBT部からの水素イオンのビームの出口を、約0.5から7MeVの間のエネルギーに上昇する、3つの連続するRFQステージを含むリニア加速器部と、
前記リニア加速器部の前記出口と連通して真空にあり、ビームスキャナを含む、高エネルギービーム輸送(HEBT)部と、
バルク材料の表面を、前記表面が走査される高エネルギービームに露出される間に、軸に沿って平行移動するよう構成される端部ステーションと、
を含む装置。
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