TW201603104A - 用於離子佈植機之磁性掃描系統 - Google Patents
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Abstract
揭示一種能夠朝兩個正交方向掃描離子射束的小型電磁系統(例如,用於半導體摻雜或氫誘發剝離)。特別是,根據該小型電磁系統的具體實施例,已將用於X、Y軸兩者的鋼軛、極片、及激磁線圈整合成共用結構。
Description
本發明係有關於用於離子佈植機的磁性掃描系統。
離子佈植為材料工程法,其係使電場中的材料離子被加速而打入固體中。此一方法用來改變固體的物理、化學或電氣性質。離子佈植常用於半導體裝置製造與金屬表面加工,以及材料科學的各種應用。離子佈植設備通常由以下各物組成:產生由所欲元素組成之離子的離子源,以靜電方式加速離子至高能量的加速器,以及供離子打上靶材(待佈植之材料)的靶材室。離子的能量以及離子種類和靶材的組合物決定離子滲入固體的深度,亦即,離子的“射程”。
離子佈植有各種用途,例如引進摻雜物(例如,硼、磷或砷)於半導體中。例如,經常用離子佈植機來具體實作半導體(例如,矽晶圓)的修改,其中表面被屬於特定物種且具有規定能量的離子或分子之射束均勻地照射。離子佈植的另一用途是劈開(剝離)硬結晶材料(矽、藍
寶石等等)的薄片(層狀體)。大體上,此一方法涉及佈植輕離子進入材料,在此它們會在層件表面下方停止。然後,可加熱該材料(例如),造成在佈植層之上的材料裂開或剝離成一片或層狀體。
通常,晶圓或基板(例如,8英吋或更大)的物理大小會大於在晶圓上沉積成為有限大小之斑點(例如,1吋)之照射射束的橫截面。因此,為了在靶材基板(例如,晶圓)的離子佈植期間實現均勻的佈植(輻射照度),習慣上會進行一或各種技術的組合。例如,晶圓可通過射束機械掃描(例如,藉由晶圓的往復運動及/或繞著軸線旋轉),或可產生離子射束以均勻地覆蓋塑膠板的一或兩個尺寸。
第三技術是要藉由改變在離子射束鄰域內的靜電場或者是磁場來掃描離子射束。在一常見變體中,時變電場(例如,磁性偏轉系統)用來朝一方向(例如,X)來回掃描射束,同時晶圓朝另一(通常是正交)方向(例如,Y)移動,以便掃描靶材基板的特別選定“X-Y”區域上方的離子射束。在另一變體中,兩個磁性偏轉系統可串聯地用來產生所欲X-Y掃描區域。例如,如第1圖所示,傳統上,這係藉由配置能橫越兩個獨立磁性線圈及磁極結構(“掃描器”1及2)的離子射束來實現,以便對應地產生所欲X、Y掃描特性。
不過,使用兩個獨立正交掃描器單元在容納兩個串聯配置型掃描器的束線(beamline)內需要插入長
度。再者,由於串聯配置,第二(下游)掃描器(掃描器2)所需的極間隙(pole gap)大於第一(上游)掃描器(掃描器1),因為離子射束由於第一單元的掃描動作以及這兩個掃描器之間的漂移距離,而擴大成較大的封包尺寸。因此,第二掃描器產生偏轉磁屏(magnetic shield)所需的功率大於第一掃描器。
本發明係有關於一種能夠朝兩個正交方向掃描離子射束的小型電磁系統,特別是用於半導體摻雜或氫誘發剝離。在本發明中,已將用於X、Y軸兩者的鋼軛(steel yoke)、極片(pole piece)、及激磁線圈整合成共用結構。
特別是,該組合式X-Y掃描器更小型而且在束線中需要比習知串聯配置型掃描器更短的插入長度,以及產生偏轉磁場所需的功率減少,因為對於給定偏轉角度有較小極間隙(這與必須較大的第二掃描器相反)。此外,在串聯配置型掃描器可能發生的像差(aberration,非線性偏轉反應等等)在該組合式掃描器單元會減少。
在一具體實施例中,描述於本文的掃描器可使用於質子誘發剝離,其係致能產生基板的超薄層,例如單一結晶藍寶石。然後,將該等層黏合至比較不貴的材料,以便提供藍寶石的性質而又具有較低的總成本。例如,在此具體實施例中,基板(例如,藍寶石)的厚晶圓以及用高能質子(例如,氫離子)的射束照射它。這些離子滲透到
藍寶石晶圓表面以下的精確深度,它們會形成由氫氣小微泡組成的一層。然後,加熱該晶圓,以及使該表面層分離或剝離以產生一薄層,它具有等於原始佈植之氫之深度的精確厚度。此時,由於該等層件很薄,所以製程可重覆多次,藉此可自單一起始晶圓剝離出多個高品質層。此一質子誘發剝離製程使用慣常用來製造矽積體電路之離子佈植製程的獨特變體。
應瞭解,以上一般說明及以下詳細說明皆僅供示範及解釋並且旨在提供如請求項所述之本發明的進一步解釋。
200‧‧‧電磁偏轉系統(掃描器)
310‧‧‧電腦
312‧‧‧掃描區處理
320‧‧‧掃描器控制器
322‧‧‧X分量
324‧‧‧Y分量
332、334‧‧‧X、Y磁鐵
410‧‧‧離子射束源(產生器)
420a‧‧‧離子射束
420b‧‧‧射束
430‧‧‧靶材基板
第1圖圖示例示的先前技術串聯配置型掃描器系統。
第2圖、第3圖及第4圖根據本發明圖示能夠朝兩個正交方向掃描離子射束的小型電磁系統之各種具體實施例。
本發明係有關於能夠朝兩個正交方向掃描離子射束的小型電磁系統。特別是,參考第2圖,電磁偏轉系統(“掃描器”)200係組構成在該靶材基板上方朝兩個正交方向(例如,“X”及“Y”)掃描離子射束。特別是,根據在此的一或多個具體實施例,該電磁偏轉系統由單一結構組成,其包含數個組件以用電磁方式使該離子射束朝該兩個正交方向中之每一者偏轉。
如第3圖所示,掃描器200根據來自電腦310(及相關的掃描區處理312)的電腦指令來操作,電腦310饋送控制指令至掃描器控制器320。控制器320接收指令,以及將它們轉換成電子訊號以控制掃描器200。特別是,獨立電子組件(“X分量”322與“Y分量”324)(例如經組構成可通過電磁系統產生電子流動的電路)係組構成可與掃描器200的對應電磁硬體(分別為X與Y磁鐵332、334)介接。應注意,電腦310、控制器320、及掃描器200可用任何組合(例如,控制器320與掃描器200)設於同址,或可以是用通訊鏈互連的個別(獨立)裝置。例如,離子射束控制器320不一定要是獨立的控制器裝置,但可以是經組構成可產生射束以及控制掃描器200以產生所欲結果的整套設備。因此,附圖分開圖示以及本文分開描述並非用來限制本文所述之本發明範疇。
參考第4圖,離子射束源(產生器)410係組構成產生朝向靶材基板430的離子射束420a。藉由經由掃描器200來穿過,離子射束控制器(第3圖中的320)則可控制離子射束生成及/或掃描以在特定的X-Y範圍(例如,以及以特定的深度)佈植離子於該靶材基板中。應注意,掃描器200可與靶材基板430隔開一漂移長度(距離),以考慮射束在靶材基板處的所欲大小(X-Y涵蓋範圍(coverage)),例如,用於單一晶圓或小批次晶圓(對於小涵蓋範圍會比較近),或用於較大生產工具批次(對於大涵蓋範圍會比較遠)。熟諳此技術領域者應瞭解,靶材基板430可包括矽、
藍寶石、或可用離子佈植機佈植離子的任何其他結晶結構。
一起參考第2圖至第4圖,本文的技術提供一種離子射束磁性掃描系統,其係使用單一結構朝正交方向(例如,X、Y)產生離子的磁性偏轉。以此方式,會造成沿著射束路徑420a行進的離子或多或少沿著z軸而經歷xy平面中的偏轉(例如,振盪)。在一時間點,剛從掃描器200射出的離子的形式仍為射束,但是此時在掃描器200中產生的X、Y磁性偏轉會造成射束420b的X-Y方向對於z軸呈偏轉一角度。第4圖特別顯示在射束從掃描器200傳送到基板430時,離子封包在射束420b內的典型轉變。應注意,在本文的一或多個具體實施例中,射束的傳送可在高度真空中發生。也應注意,儘管X-Y掃描器被組構成可同時使離子射束420b朝X、Y方向偏轉,然而藉由簡單地不使射束朝特定正交方向(例如,Y)偏轉,也可實現朝第一方向(例如,X)的單向偏轉。
再參考第2圖,在此的單一結構掃描器200包括用於這兩個正交方向兩者的單一鋼軛,以及用於這兩個正交方向之各者的極片及激磁線圈。大體上,用於兩個正交方向之各者的組件可具有實質相同的磁性,但是也有某一方向的組件可以不同方式組構的實例。例如,儘管X、Y方向的相同結構產生形狀大體為方形的掃描器200,但也可使用矩形形狀,例如在一尺寸需要比另一尺寸大的射束偏轉(例如,取決於離子射束掃描系統的預期用途)時。再者,在一具體實施例中,磁性組件332及334可包括層
疊磁鐵,如熟諳此技術領域者所瞭解者,它們也可經組構成防止磁性準直(magnetic columnating)。
有利的是,藉由朝水平及垂直方向掃描射束,離子(質子)在基板表面下方以小於1%的均勻度變化而極平均地分布。該組合式磁性X-Y掃描器比先前技術系統(例如,圖示於第1圖者)更小型,而且束線需要較短的插入長度,因為只有單一X-Y掃描器,而且沒有獨立的X、Y掃描器。此外,產生偏轉磁場所需的功率會由於給定偏轉角度的極間隙較小而被減少,這與具有大於第一者的第二掃描器相反。特別是,在先前系統中,在穿過第一掃描器後,射束朝一對應方向(例如,X維)明顯擴大,因此,正交第二掃描器(例如,Y維)必須較大,以考慮到此一初始射束的展開度。此外,像差(非線性偏轉反應等等)可能發生,因為串聯配置型掃描器的本質在組合式掃描器單元同樣會減少。再者,由於兩軸有相同的磁性,所以這允許可按需要有相同的掃描頻率,如熟諳此技術領域者應瞭解者,這與串聯配置型掃描器的典型“快軸/慢軸”組構相反。
應注意,在一具體實施例中,離子佈植可在層剝離製程(layer exfoliation process)期間發生,以剝離一層該靶材基板。例如,示範層剝離製程可包括提供該靶材基板的施體主體(donor body),用離子劑量(ion dosage)佈植穿過該施體主體的頂部表面。使用此佈植方法,在該施體主體的頂部表面下方形成裁面(cleave plane),隨後沿著此裁面可使一薄層自該施體主體剝離。該離子劑量,例
如,可包括氫、氦、或彼等之組合。佈植條件可按需要改變以產生具有目標性質(例如,厚度及強度)的特殊層狀體(例如,藍寶石層狀體)。例如,該離子劑量可為在約1.0 x 1014至1.0 x 1018H/cm2之間的任何劑量,例如0.5-3.0 x 1017H/cm2。也可改變該劑量能量,例如在約500keV至約3MeV之間。在一些具體實施例中,離子佈植溫度可維持在約200至950℃之間,例如在300至800℃之間或在550至750℃之間。在一些具體實施例中,佈植溫度的調整可按照材料的特定類型與藍寶石施體主體的取向而決定。可調整的其他佈植條件可包括初始加工參數,例如佈植劑量與佈植離子比(例如氫/氦比)。在其他具體實施例中,佈植條件的優化可結合剝離條件,例如剝離溫度、剝離承受體真空程度、加熱速率及/或剝離壓力。例如,剝離溫度可在約400℃至約1200℃之間變化。藉由調整佈植及剝離條件,可最大化實質無物理缺陷之所得層狀體的面積。若需要,可進一步加工所得之藍寶石層,例如用以產生平滑的最終表面。
在一特定具體實施例中,描述於本文的掃描器系統可使用比習知技術高很多的電壓以使離子(例如,氫)加速到夠高的速度,使得它們滲透到基板(例如,藍寶石)表面以下的必要深度。例如,它能夠產生能量達2MeV的氫離子射束,以及有高強度(例如,電流達50mA)。需要這些高電流以滿足大規模製造藍寶石層狀體的生產力及成本目標。除了之前的真空環境以外,可在高壓槽中封裝該掃描器系統(例如,加速器),其係使用具有極佳電氣
絕緣性質的加壓氣體,使得得以在這些高電壓操作。再者,在一特定具體實施例中,在從加速器(射束產生器)射出後,藉由分析用磁鐵(analyzing magnet)(其過濾掉所有多餘離子)使射束聚焦及偏轉45度。在這種情況下,傳送至處理室的射束係大於99.9%純度。
應注意,本發明可用來製備電子裝置的蓋板。特別是,該方法包括以下步驟:提供藍寶石的施體主體,用離子劑量佈植穿過該施體主體的頂部表面,以在該頂部表面下方形成裁面,沿著該裁面使藍寶石層自施體主體剝離,以及形成包含厚度小於50微米之該藍寶石層的蓋板。較佳地,該離子劑量包含氫或氦離子。
例如,目前已有多種包括有至少部分透明之顯示視窗配件的行動電子裝置。舉例來說,這些包括例如媒體播放器、行動電話(蜂巢式電話)、個人資料助理器(PDA)、呼叫器之類的手持電子裝置、以及膝上型電腦和筆記型電腦。顯示螢幕配件可包括多個組件層,諸如液晶顯示器(LCD)之類的視覺顯示層、供使用者輸入的觸敏層、以及至少一個用於保護視覺顯示器的外包覆層。這些層件之每一者通常都層疊或黏合在一起。
許多現今使用的行動電子裝置遭受過多機械及/或化學破壞,尤其是起因於操作不慎及/或掉落、使用者口袋或手提包內鑰匙之類的物品與螢幕的接觸、或觸控螢幕的頻繁使用。例如,觸控螢幕表面及智慧型手機與PDA的介面可能因實體使用者介面刮傷與凹陷而磨損破
壞,這些瑕疵可當作應力集中部位,使螢幕及/或底下組件在機械或其它震動時更容易破裂。另外,來自使用者皮膚的油脂或其它碎屑可能覆蓋表面並且進一步促使裝置效能降低。此類磨損及化學作用可能造成底下電子顯示組件的視覺清晰度降低,從而可能阻礙裝置的使用和樂趣並且限制其使用期限。
為求提升行動電子裝置顯示視窗的耐用度,已使用各種方法及材料。例如,為了提供阻障物防止效能降低,觸控螢幕表面可塗敷聚合物塗料或層件。然而,此類層件可能干擾底下電子顯示器的視覺清晰度以及干擾觸控螢幕靈敏度。再者,由於塗料通常也是軟的,它們本身可能會變得容易受損而必需定期更換或限制裝置的使用期限。
另一種常見的方法是使用更高度防化學及防刮傷材料作為顯示視窗的外表面。例如,某些行動裝置的觸敏螢幕可包括一層化學強化鹼金屬鋁矽酸鹽(alkali aluminosilicate)玻璃,用鉀離子取代鈉離子以強化硬度,如康寧(Corning)所製稱為「金剛玻璃」的材料。然而,即使是這類玻璃,仍可能被許多更硬的材料所刮傷,還有,玻璃本身就易於碎壞或震裂。也已建議及使用藍寶石作為顯示器配件外層用的材料或作為塗敷於顯示視窗的分離式保護片。然而,藍寶石相對昂貴,尤其是對於目前可得的厚度而言,不易取得作為超層狀體。
因此,使用在此所述之小型磁性掃描器可
提供用來剝離厚度小於50微米的一或更多藍寶石層的離子佈植,例如小於30微米、小於25微米、以及小於15微米。
為了圖解說明及說明,以上說明已呈現本發明的較佳具體實施例。無意以所揭示的確切形式來窮盡或限制本發明。鑑於上述指導,修改及變體是有可能的,或可獲自本發明的實踐。具體實施例是為了解釋本發明的理論及其實際應用而選定及說明,以使熟諳此技術領域者能夠利用本發明於各種具體實施例以使各種修改適用於特定預期用途。本發明的範疇意圖用隨附申請專利範圍及其等效陳述界定。
200‧‧‧電磁偏轉系統(掃描器)
410‧‧‧離子射束源(產生器)
420a‧‧‧離子射束
420b‧‧‧射束
430‧‧‧靶材基板
Claims (27)
- 一種用於佈植離子於靶材基板中的系統,該系統包括:離子射束產生器,經組構成朝向靶材基板產生離子射束;電磁偏轉系統,經組構成在該靶材基板上方朝兩個正交方向掃描該離子射束,該電磁偏轉系統由單一結構組成,其包含數個組件以用電磁方式使該離子射束朝該兩個正交方向之每一者偏轉;以及離子射束控制器,經組構成控制該離子射束生成及掃描,以佈植離子於該靶材基板中。
- 如申請專利範圍第1項所述之系統,其中,該單一結構包括用於該兩個正交方向之兩者的單一鋼軛與用於該兩個正交方向之每一者的極片及激磁線圈。
- 如申請專利範圍第1項所述之系統,其中,該靶材基板為矽。
- 如申請專利範圍第1項所述之系統,其中,該靶材基板為藍寶石。
- 如申請專利範圍第1項所述之系統,其中,用於該兩個正交方向之每一者的組件有實質相同的磁性。
- 如申請專利範圍第1項所述之系統,其中,該單一結構與該靶材基板隔開一漂移長度,以考慮該射束在該靶材基板處的所欲大小。
- 如申請專利範圍第1項所述之系統,其中,該等組件包括層疊磁鐵。
- 如申請專利範圍第1項所述之系統,其中,該等組件經組構成防止磁性準直。
- 如申請專利範圍第1項所述之系統,其中,該等離子包括氫離子。
- 如申請專利範圍第1項所述之系統,其中,該等離子包括氦離子。
- 一種用於佈植離子於靶材基板中的方法,該方法包含:提供靶材基板;朝向該靶材基板產生離子射束;藉由使該離子射束穿過經組構成朝兩個正交方向掃描該離子射束的電磁偏轉系統,掃描該靶材基板上方的該離子射束,該電磁偏轉系統由單一結構組成,其包含數個組件以用電磁方式使該離子射束朝該兩個正交方向之每一者偏轉;以及控制該離子射束生成及掃描,以佈植離子於該靶材基板中。
- 如申請專利範圍第11項所述之方法,其中,該單一結構包括用於該兩個正交方向之兩者的單一鋼軛與用於該兩個正交方向之每一者的極片及激磁線圈。
- 如申請專利範圍第11項所述之方法,其中,該靶材基板為矽。
- 如申請專利範圍第11項所述之方法,其中,該靶材基板為藍寶石。
- 如申請專利範圍第11項所述之方法,其中,控制該離 子射束包括:在層剝離製程期間佈植離子以剝離一層該靶材基板。
- 如申請專利範圍第15項所述之方法,其中,該層剝離製程包括:i)提供該靶材基板的施體主體,該施體主體包含頂部表面;ii)用一離子劑量佈植穿過該施體主體之該頂部表面,以在該頂部表面下方形成裁面;以及iii)沿著該裁面使該層自該施體主體剝離。
- 如申請專利範圍第11項所述之方法,其中,用於該兩個正交方向之每一者的組件有實質相同的磁性。
- 如申請專利範圍第11項所述之方法,更包括:使該單一結構與該靶材基板隔開一漂移長度,以考慮該射束在該靶材基板處的所欲大小。
- 如申請專利範圍第11項所述之方法,其中,該等組件包括層疊磁鐵。
- 如申請專利範圍第11項所述之方法,其中,該等組件經組構成防止磁性準直。
- 如申請專利範圍第11項所述之方法,其中,該等離子包括氫離子。
- 如申請專利範圍第11項所述之方法,其中,該等離子包括氦離子。
- 一種離子佈植靶材基板,包括:靶材基板;以及 佈植離子,該等離子用經產生朝向該靶材基板的離子射束佈植,以及藉由使該離子射束穿過經組構成朝兩個正交方向掃描該離子射束的電磁偏轉系統而在該靶材基板上方掃描,該電磁偏轉系統由單一結構組成,其包含數個組件以用電磁方式使該離子射束朝該兩個正交方向之每一者偏轉。
- 如申請專利範圍第23項所述之離子佈植靶材基板,其中,該靶材基板為矽。
- 如申請專利範圍第23項所述之離子佈植靶材基板,其中,該靶材基板為藍寶石。
- 如申請專利範圍第23項所述之離子佈植靶材基板,其中,該等離子包括氫離子。
- 如申請專利範圍第23項所述之離子佈植靶材基板,其中,該等離子包括氦離子。
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