TW201608622A - 傳送基板的離子束剝離系統 - Google Patents

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亞當Ａ 布雷勒夫
約瑟夫 基雷斯派爾
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Abstract

在一實施例中，一種用於自一經植入之結晶供體基板剝離一結晶層之系統包含貼附至一傳送結構之基板支撐件，其中，該等支撐件經構形以藉由真空支撐一經植入之結晶供體基板(例如：經植入表面與該真空接觸)。該傳送基板經構形以將該等基板支撐件自一裝載台依序地傳送通過一或多個加熱模組及一分離模組(其中，該結晶層自該經植入之結晶供體基板沿著一分離平面熱分離，同時該層保持與該真空接觸)，且之後至一卸載台。

Description

傳送基板的離子束剝離系統
本發明係關於一種用於離子束剝離之系統，且更特定而言，係關於在離子束剝離系統內傳送基板。
離子植入法係一種材料工程製程，藉由該製程材料之離子在電場中加速並撞擊於固體內。該製程係經使用以改變該固體之物理、化學、或電性質。離子植入法通常用於半導體裝置製造中及金屬表面處理中，以及材料科學之各種應用中。離子植入設備通常由一離子源(其中製造所需元素之離子)、一加速器(其中該等離子經靜電地加速至高能量)、及一靶室(其中該等離子撞擊於靶上，該靶係待植入之材料)組成。該等離子之能量以及離子種類與該靶之組成決定該等離子穿透入該固體之深度，即，該等離子之「範圍」。
離子植入存在各種用途，諸如將摻雜劑(例如：硼、磷或砷)引入諸如矽之半導體材料。離子植入之另一用途係用於分開(剝離)硬結晶材料(諸如：矽、藍寶石...等)之薄片(層)。一般而言，此製程涉及將輕離子植入材料 中，其中該等離子將停留於表面下之一層中。接著(例如)可將該材料加熱，造成該經植入層上之材料分離開或剝離成一片或層。
該離子束剝離製程常關聯於各種靈敏性，諸如精密加熱考量、精細層處理、及嚴密管理之品質控制。然而，管理該等靈敏性之目前系統通常係低產量且管理繁複，例如，需要不同的步驟及/或轉換。例如，習知系統係冗長之製程，其導致加熱與冷卻之循環以及起伏之功率使用。
本發明係關於一種用於離子束剝離之系統，且更特定而言，係關於在一離子束剝離系統內傳送基板。特定而言，在一實施例中，用於自經植入之結晶供體基板剝離一結晶層之一系統包含貼附至一傳送結構之基板支撐件，其中，該等支撐件經構形以藉由真空支撐一經植入之結晶供體基板。該傳送結構經構形以將該等基板支撐件自一裝載台依序地傳送通過一或多個加熱模組及一分離模組，且之後至一卸載台。
在一實施例中，該傳送結構係一旋轉結構。
在一實施例中，該裝載台經構形以將該經植入之結晶供體基板定位在一各別之基板支撐件上，其中，經植入表面與真空接觸。
在一實施例中，該一或多個加熱模組加熱在該各別基板支撐件上支撐之該經植入之結晶供體基板， 每一加熱模組包含一通道孔，其為在該各別基板支撐件上之經植入之結晶供體基板提供進入及通過之入口。
在一實施例中，該分離模組經構形以自該經植入之結晶供體基板沿著該分離平面熱分離該結晶層而形成一剩餘供體基板，同時該層保持與該真空接觸。該分離模組包含一通道孔，其為在該各別基板支撐件上支撐之經植入之結晶供體基板提供進入之入口，及為由該各別基板支撐件所支撐之結晶層提供通過之出口。
在一實施例中，該卸載台經構形以自該各別基板支撐件移除該結晶層。
以下描述與本發明相關之更多實施例及細節。如所主張，應了解以上之綜合描述與以下之實施方式皆僅係用於示例及說明，且意欲提供本發明之進一步解釋。
10‧‧‧薄片/層
60‧‧‧供體主體材料
65‧‧‧輕離子
200‧‧‧系統
210‧‧‧傳送結構
220‧‧‧裝載台
230‧‧‧預加熱模組
240‧‧‧穩定化模組
250‧‧‧分離模組
260‧‧‧退火模組
270‧‧‧冷卻模組/台
280‧‧‧冷卻模組/台
290‧‧‧卸載台
300‧‧‧基板支撐件
310‧‧‧支撐表面
310a‧‧‧第二表面
310b‧‧‧第一表面
320‧‧‧真空孔
330‧‧‧臂
340‧‧‧熱屏
400‧‧‧加熱模組
410‧‧‧電阻線圈
420‧‧‧內壁
430‧‧‧通道孔
550‧‧‧入口快門
555‧‧‧出口快門
710‧‧‧擷取機構
910‧‧‧夾緊裝置
920‧‧‧夾緊裝置
本文之實施例藉由參照以下描述連同隨附圖式可更佳地了解，其中相似參考數字指示相同或功能上相似之元件，其中：第1圖說明離子植入及剝離之一實例；第2圖說明根據本文所述之一或多個實施例之一傳送基板之離子束剝離系統之一實例；第3圖說明根據本文所述之一或多個實施例之用於與一傳送基板之離子束剝離系統一起使用之一基板支撐件之一實例；第4圖說明根據本文所述之一或多個實施例之用於與 一傳送基板之離子束剝離系統一起使用之一加熱模組之一實例；第5圖說明用於一加熱模組之快門與熱屏之一實例，其用於與根據本文所述之一或多個實施例之一傳送基板之離子束剝離系統一起使用；第6圖說明根據本文所述之一或多個實施例之用於與一傳送基板之離子束剝離系統一起使用之一電阻加熱器之一實例；第7圖說明自上方固持一基板之該基板支撐件之一實例，其用於與根據本文所述之一或多個實施例之一傳送基板之離子束剝離系統一起使用；第8圖說明具有頂支撐表面與底支撐表面之一基板支撐件之一實例，其用於與根據本文所述之一或多個實施例之一傳送基板之離子束剝離系統一起使用；第9圖說明具有額外之夾緊裝置之一分離模組之一實例，其用於與根據本文所述之一或多個實施例之一傳送基板之離子束剝離系統一起使用；第10圖說明根據本文所述之一或多個實施例之一傳送基板之離子束剝離系統之一基板溫度循環之一實例；以及第11圖說明根據本文所述之一或多個實施例之用於自一經植入結晶供體基板剝離一結晶層(尤其使用一傳送基板之離子束剝離系統)之一示例性簡化程序。
本發明係關於一種用於自一經植入之結晶供體基板剝離一結晶層之系統。一般而言，參照第1圖，使用該經植入之結晶供體基板以提供一薄結晶層，並可藉由將一分離平面植入一硬結晶材料(諸如：矽、藍寶石、碳化矽、氮化鎵、砷化鎵、氮化鋁、金剛石、及鍺)中而形成該經植入之結晶供體基板。一般而言，如所示，此程序涉及將輕離子65植入一供體主體材料60中，其中該等輕離子將在一層中該表面下停止、形成該經植入之結晶供體基板、及接著可(例如)加熱所得材料，使在該經植入層上之材料分離或脫落成一薄片或層10。特定而言，可提供具有一頂表面之結晶材料之一供體主體60，其中使用以下更詳細描述之系統經由該供體主體之頂表面植入一離子劑量65(例如：氫離子、氦離子、或兩者)以在該頂表面下形成一分離平面，該結晶層10可沿著該分離平面自其剝離。
植入條件可依需要變化以製造一特定之經植入之結晶供體基板，其為用於製備具有諸如厚度及強度之目標性質之一層(例如：藍寶石層)所需。例如，該離子劑量可係在約1.0×1014與1.0×1018離子/cm2之間之任何劑量，諸如：0.5-3.0×1017離子/cm2。亦可改變該劑量能量，諸如約500keV至約3MeV之間。在某些實施例中，該離子植入溫度可維持在約200與950℃之間，諸如在300與800℃之間或在550與750℃之間。在某些實施例中，可取決於該特定類型之材料及該供體主體之定向而調整該植入溫度。其它可調整之植入條件可包括初始製程參數，諸如： 植入劑量及植入離子之比例(諸如H/He離子比)。在其它實施例中，可將植入條件結合剝離條件(諸如以下更詳細討論者)一起最佳化，包括：剝離溫度、剝離基座真空度、加熱速率及/或剝離壓力。藉由調整植入與剝離條件，可最大化實質上不含物理缺陷之所得層之面積。若需要可進一步地處理所得剝離層，諸如產生平滑之最終表面。
根據本發明，一種用於剝離根據本文所述之一或多個實施例之一結晶層之系統通常包含一傳送結構，其經構形以經由一序列之加熱模組或「區域」傳送一或多個基板支撐件或「固持件」。例如，在如第2圖所述之一特定實施例中，系統200包含一旋轉式鍋爐，該旋轉式鍋爐具有複數個基板固持件300，其安裝在作為該旋轉結構210之一旋轉輪之周圍上。即，在一實施例中之該傳送結構210係一旋轉結構，其經構形以旋轉並將該一或多個基板支撐件300依序地傳送通過一或多個加熱模組。
該一或多個基板支撐件300(例如：複數個基板支撐件)可貼附至該傳送結構(諸如藉由自該傳送結構向外延伸)，及可經構形以支撐至少一個經植入之結晶供體基板，較佳地藉由真空支撐。如上所述，該經植入之結晶供體基板具有一頂表面、一底表面、以及在該結晶供體基板內於該頂表面下之一分離平面。該傳送結構之後可將該一或多個基板支撐件依序地傳送通過各種製程區域，在該等製程區域中加熱該經植入之結晶供體基板且發生剝離。例如，該經植入之供體可在該裝載台藉由真空固定在 該基板支撐件上，並自其傳送通過一或多個加熱模組及/或一分離模組，並至一卸載台，在該卸載台可自該基板支撐件移除該層與該供體。複數個加熱區域可包含加熱器模組，諸如楔形加熱器模組，其允許對由每一基板所見之溫度分佈進行控制。
如所說明地，該系統200包含一裝載台220(例如：定位於任何加熱模組外側或前方之未加熱台或位置)，其經構形以定位具有藉由真空在一各別基板支撐件300上支撐之該「頂部」或經植入表面之該經植入之結晶供體基板。即，該經植入/頂表面係與該真空接觸且因此藉由該真空固持在定位。在一實施例中，該裝載台220亦係該卸載台，經植入基板之裝載與經分離層之卸載皆可在其中發生(例如：自動或手動)。
在一實施例中，為協助將一經植入供體自室溫移至分離一層之所需溫度，可使用一或多個預加熱模組230(例如：在650℃)，在該經植入之供體基板進入一分離模組250之前(例如：在850℃)，其後可依序地係一穩定化模組240(例如：在700℃)。在該分離模組250內，可如上述剝離該結晶層，接著在一退火模組260內退火(例如：在1200℃)。注意該退火模組可需要一較高溫度(例如1400℃)以迅速地驅動該經分離層到達該結晶層之所需的1200℃退火溫度。
在該卸載台之前亦可提供視情況選用之冷卻模組/台270及280以迅速地冷卻該基板固持器。在一實 施例中，該一或多個冷卻模組包含空氣噴流，但亦可有其它構形。
該卸載台可經構形以自該各別基板支撐件300移除該結晶層。在如上述之一實施例中，該裝載台220與該卸載台相同(其中移除該經分離之結晶層)，且一新供體基板係置於該基板上。在此實施例中，如以下進一步所述，可使用一額外之台290以移除剩餘之供體基板，其可經再植入以用於進一步處理。然而在一替代實施例中，該單獨台290可包含一卸載台，即，其中該卸載台與裝載台係在該系統200之序列處理路徑內不同的位置。
在此構形中，該傳送結構210可係依序地定址(即，移動與靜止定位之週期)，諸如每30秒(例如：具1秒定址時間)，或可經構形為連續移動(例如：在每一模組/台內30秒，但係移動的)。顯然地，在此速度下(例如：每層30秒)，該系統200可在一小時中大約剝離120層(其符合或甚至超過目前植入器生產量)。一般而言，可基於所需加熱條件及性質使用任何適合之速度，且本文所示之時間及溫度僅作為說明用，且未意欲限制本文實施例之範疇。
此外，儘管該系統200之實施例顯示為一圓形且旋轉之設計(例如：迴轉料架)，根據本文技術可使用序列傳送之其它適合之形狀及構形，諸如線性系統、除圓形外之曲線形(例如：一「跑道」設計)。
參照第3圖，每一基板支撐件300較佳地可包含用於固定該層之一真空夾盤，且在整個上述處理序列 可提供連續真空(除卸載台外，在該卸載台中可暫停真空以移除所剝離層)。如所說明，該支撐件300包含一真空夾盤，其具有包括一系列之真空孔320(例如：微孔)之一支撐表面310，該等真空孔經由該臂330以連接至一真空源。例如，該源可通過所貼附之傳送結構定位。將該支撐表面310貼附至該傳送結構210之該臂330包括一熱屏340，其可熱隔離該夾盤(即，使得每一基板支撐件彼此熱隔離)，並可由石英或其它合適之材料製成。
該基板支撐件300之表面(例如：真空夾盤)310可由諸如氮化鋁(AlN)之耐熱陶瓷製成，其較佳地具有一實質上與該結晶供體基板類似之熱膨脹係數(CTE)，且經設計以使得該基板之經植入面相對於該真空夾盤表面固定，藉此使該精密層之可能裂痕最小化。例如，可拋光該表面且可具有良好之橫向溫度均勻性，且該等真空孔320可經雷射鑽孔，且可具有少於10um之一尺寸以提供足夠之吸力而不使該層變形。如所示，在一實施例中，該真空夾盤表面一般而言可完全地以該等孔320覆蓋，但亦可有其它配置、圖案、及構形。如所見，該表面310係平滑的，且無氣穴或突銷，以便處理相應地平滑之層表面。顯然地，在一實施例中，可將一單一經植入結晶供體基板置於每一基板支撐件300上，在另一實施例中，該等支撐件及表面310可各自個別地藉由該真空支撐複數個經植入之結晶供體基板。
進一步注意將該層直接固定在該表面310 上可發生在剝離後結合(BAE)之情況中，其中所得之經剝離層分開地結合至一載體基板，且可發生在剝離前結合(BBE)之情況中，其中該經植入之供體基板係在形成所需層之前結合至另一材料上。因此對於BBE，該真空夾盤可固定該經結合之材料。例如，該結晶供體基板之頂表面可在分離至一處理基板之前結合(暫時地或永久地)，且該基板支撐件可經構形以藉由該處理基板支撐該經植入結晶供體基板。此外，儘管該基板支撐件300通常就真空描述，但施加於該基板之壓力可為負、正、或零(例如：-15psi至+15psi之可控摩擦壓力)。例如，該卸載台可經構形以暫停該真空，同時移除該結晶層，或可提供一正壓以助於移除。
第4圖說明一實例加熱模組400(以剖視顯示)，其可用於上述之任何加熱模組。尤其，除了諸如在該加熱器之內壁420上之電阻線圈410之加熱元件外，該說明性加熱模組400一般而言可由「蚌殼」形組成，其中將一部份設計為通道孔430，其為該支撐件基板之臂330提供入口。由第4圖之剖視圖所示，當一對應基板支撐件進入時，自該支撐件基板延伸之熱屏340實質上自該加熱器之內側覆蓋該通道孔之至少一部份，因此在該支撐基板位於該加熱器模組400內時避免熱(或輻射)自其散失。
此外，並亦參照顯示該加熱器模組400之外側之第5圖，該通道孔430亦提供該各別基板支撐件上之經植入結晶供體基板進入且通過之入口。換言之，此等一般而言狹窄之開口係設置於每一加熱區域之壁中，以允許 在其各別基板支撐件上之基板(例如：晶圓)通過該(等)加熱區域。可對該分離模組使用相似之構形。尤其，對於該分離模組250，其係經構形以自該經植入結晶供體基板沿該分離平面熱分離該結晶層以形成一剩餘供體基板，該層在該支撐件300上保持與該真空接觸，且該分離模組之通道孔430因此提供在各別基板支撐件上支撐之該經植入結晶供體基板進入該分離模組之入口，以及提供由該各別基板支撐件支撐之至少該結晶層通過之出口。(分離模組選項在以下作進一步描述。)對於該退火模組260同樣如此，其可具有一通道孔430，其提供在一各別基板支撐件上至少該結晶層進入及通過之入口。
亦如第5圖所示，該系統可復包含在加熱器之間之隔離快門，其等在該基板支撐件之轉換/定址期間開啟。即，一入口快門550及一出口快門555可位在一或多個加熱模組400，且可經構形以當該傳送結構210未傳送該基板支撐件時關閉覆蓋該通道孔430之至少一部份，且當該傳送結構傳送該一或多個基板支撐件時則相反地開啟。注意儘管在第5圖中在一加熱模組400上係分開地顯示，但一特定加熱模組之一出口快門亦可係一其後加熱模組之一入口快門，即，兩個相鄰加熱模組可共用一單一快門。此外，在一實施例中，一特定加熱模組400之該入口快門550及出口快門555可係一單一結構，其經構形以覆蓋該加熱模組之兩側(入口及出口)。在此特定實施例中，亦可能包括一環繞或「馬蹄」形快門，其亦覆蓋小間隙(該 「蚌殼開口」)之一部份，此意味著在該加熱模組之壁上之該基板支撐件之臂330面向該傳送結構210。
注意該一或多個加熱模組400一般而言可係楔形，以使得在與旋轉料架式旋轉傳送結構210一起使用時具有緊密設計。然而，其它實施例可相應地提供不同形狀之加熱模組。
視情況地，可對該等加熱區域供應諸如氮(N2)之惰性清洗氣體(例如以惰性氣體沖洗設備提供)以避免任何可氧化部份氧化(例如：作為一保護氣體包覆層)。此外，該等支撐基板及該一或多個加熱模組及該分離模組之內部組件可由非氧化材料構成，諸如高溫陶瓷。進一步注意至少一些該等加熱模組或該分離模組之內壁420可由非粒子脫落材料構成，諸如：石英、陶瓷、及碳化矽。即，該等加熱器之壁可有襯裡(該等內壁之全部或一部份)以避免該等加熱器壁將粒子脫茖在該等基板上。
在一實施例中，如上述，一或多個加熱模組400可包含作為該等加熱元件410之一電阻加熱器。例如，一示例電阻加熱器可具有如第6圖所示構形之電阻線圈，其中六個區域(區域1-6)(例如每一區500W)可以重疊或交錯圖案配置，諸如該加熱模組之頂表面之區域1-3係對該加熱模組400之底表面之區域4-6垂直地轉置。在該加熱模組400內可能有其它適合之加熱元件配置，且每一加熱模組可設計不同以達成所需之加熱結果。如本文所提及，該一或多個加熱模組400之一些(例如全部)可維持在 穩定狀態，而該傳送結構將該一或多個基板支撐件傳送入該等加熱模組並通過其等。即，該等加熱元件410可供以動力至一單一熱輸出並保持在該處，同時傳送至該基板材料之熱量係藉由在該模組內該穩態加熱溫度，以及該基板保持在該模組內之時間長度之組合而變化。
注意儘管通常顯示及描述電阻加熱器，亦可使用其它類型之加熱器或加熱元件，諸如加熱燈。在另一替代實施例中，至少該分離模組可包含一微波加熱器。例如，剝離可在該分離模組250內藉由微波輻射達成，其可有效地用來在相當低溫度下製造剝離層，而不需加熱該經植入層或使背襯基板或處理基板與該供體主體表面間之結合達到脫結溫度。在此實施例中，可不需要預加熱及穩定化模組。
如一般而言以上所示，該一或多個基板支撐件經構形以自該經植入結晶供體基板之頂(經植入)表面下經由重力與該真空支撐該頂表面。即，該供體材料60可置於該支撐件基板之頂部上，且該層10在分離後將留在該支撐件基板上，其需要自該層上移除剩餘供體材料60。然而，在一實施例中，諸如第7圖所示，該一或多個基板支撐件可改為經構形為自該結晶供體基板之頂(經植入)表面上經由該真空支撐該頂表面。換言之，在一實施例中，該基板係以面向下之真空夾盤300懸吊(在表面310上)，使得當將該供體60自該層10分離時，該供體向下掉落並遠離該層，將該層自該供體移動之風險降至最小。該 供體可由在該分離模組內之一擷取機構710擷取，其經構形以容納在熱分離後自由掉落之剩餘結晶供體基板60。例如，在一實施例中，該擷取機構可在該基板固持件之相鄰部份(諸如一組指狀物)上且藉此將與該層一起移動通過該等製程區域直至卸載點。在另一實施例中，該擷取機構710特定而言可僅位在該分離模組內，使得該自由化供體可在不含該層及夾盤下掉落並經由在該區域中之一單獨槽及/或機構自該分離模組250收集並移除(即，該分離模組包含一空穴以在熱分離後容納該剩餘結晶供體基板)。根據本文之技術，可能有其它用於自該供體分開該層之實施例及構形，諸如將一基板支撐件翻轉以允許該供體掉落等。
在另一實施例中，諸如第8圖所示，一基板支撐件300可包含一第一表面310b，其經構形以自該結晶供體基板之一第一表面下經由重力及真空支撐該第一表面；以及一第二表面310a，其經構形以自該結晶供體基板之一第二表面上經由該真空支撐該第二表面。換言之，當分離發生時，此實施例使用與該供體之供體表面(非經植入表面)接觸之第二真空夾盤，以將該供體提高及固持遠離該層。(在一構形中，該結晶供體基板之第一表面係該頂部經植入表面，且該結晶供體基板之第二表面係該底部非植入表面。在另一「倒覆」構形中，該結晶供體基板之第一表面係該底表面，且該結晶供體基板之第二表面係該頂表面。在此實施例中，該等兩個真空夾盤310a及310b「夾住」該經植入供體(若可行，以一把手)。可對該夾層施加 可控壓縮力以使該分離製程穩定，且亦可施加輕張力(分離力)以在分離發生時溫和地分開該等兩部份，即該等分離力於熱分離後在該結晶層10與剩餘供體基板60之間提供一分離間隙。注意可僅在該分離模組內存在此「第二」支撐設置，以在熱分離後支撐該剩餘結晶供體基板60。不管該特定構形，不論是由該第二基板支撐件獨立地支撐，或是當剩餘供體基板及該結晶層係僅由一微間隙分開，該分離模組250之通道孔430可經構形以提供該剩餘結晶供體基板60之出口。注意，第8圖經簡化且未意欲限制本文實施例之範疇。例如，除了該等夾盤310a及310b之間之比例差異外，儘管顯示了兩個臂，該等夾盤310a及310b兩者可使用單一臂。此外，亦可存在單一熱屏340或個別熱屏。
在再另一實施例中，如第9圖所示，可在該分離模組250內置放一夾緊裝置910/920，以在分離期間對該結晶供體基板之頂表面及底表面兩者提供壓縮力。例如，陶瓷顎夾可防止該供體經一可控夾緊力分別自頂部及底部夾緊組件910及920移動。在一實施例中，該等夾緊組件之一(例如：該頂部910)可承受真空吸力或空氣軸承壓力，並可經構形以協助移除該剩餘供體60。
有利地，本文所述之技術提供一傳送基板離子束剝離系統。尤其，本文所述之系統提供一種在一「管線式」剝離製程期間具有可控制溫度分佈之低成本、簡單、可靠、高產量系統，同時允許對每一基板用於真空夾緊、溫度測量等之直接機械作用入口。此外，該系統具靈活性， 其中基板支撐件之數目與加熱(或冷卻)模組之數目及/或類型可基於所需輸出及基於剝離技術之精密度與隨時間之實行而調整。此外，該系統具有較許多習知系統低之加熱質量，及亦具有較低程度之功率消耗。
另外，本文系統可在實質上穩定狀態下維持該等加熱模組之操作，同時仍在該供體基板及分離層上達到所需熱效應。例如，參照第10圖，所示之圖說明該供體基板與層在其通過上述之說明性序列時之示例溫度分布，而每一對應模組/台保持在實質上穩定狀態。即，藉由保持每一模組在穩定狀態並僅將該等基板支撐件通過各種階/台，該預熱階(預加熱模組230)可快速地將該供體溫度自室溫提高至600℃，且該穩定相(穩定化加熱器240)將該基板保持在一穩定溫度，直至進入該分離模組250(其中該溫度可上升至850℃)，超過該層之剝離(「exfo」)溫度。所得剝離層可繼續該依序傳送進入一退火模組250中，其接著可迅速地提高至少該經剝離層之溫度至1200℃，然後冷卻台「冷卻1」(270)及「冷卻2」(280)可將該層之溫度以不同速度降回處理溫度。
第11圖說明根據本文所述之一或多個實施例之一示例簡化程序1100，其用於自一經植入之結晶供體基板尤其使用一傳送基板之離子束剝離系統剝離一結晶層。該程序1100可在步驟1105開始，且繼續至步驟1110，其中，如以上所詳細描述，在一裝載台220將一經植入之結晶供體基板置放在貼附至一傳送結構210之一基板支撐 件300上，並經構形以藉由真空支撐至少一經植入之結晶供體基板，該經植入之結晶供體基板包含一頂表面、一頂表面、以及在該結晶供體基板內在該頂表面下之一分離平面，該頂表面係置於與該真空接觸。如上述，該基板支撐件300可經構形以自上或下或兩者皆有地支撐該供體基板。
在步驟1115-1125中，該傳送結構210將所貼附之基板支撐件300(其支撐該經植入之結晶供體基板)依序地傳送通過一或多個加熱模組及一分離模組，其等經構形以加熱在該基板支撐件上支撐之經植入之結晶供體基板。注意，可根據該序列定址針對個別基板支撐件控制該真空之壓力，及/或可維持一連續真空同時傳送該基板支撐件(除了在卸載台外)。
特定而言，在步驟1115中，該序列傳送可將該基板支撐件(及所支撐之供體基板)傳送通過一預加熱模組230，接著在步驟1120中通過一穩定化模組240，然後在步驟1125中進入一分離模組240，其經構形以將該結晶層自經植入之結晶供體基板沿該分離平面熱分離並形成一剩餘供體基板，該層保持與該真空接觸。注意，在步驟1125中，該等基板支撐件之第一及第二表面或是夾緊機構可對該結晶供體基板之各別表面提供壓縮力及分離力。在步驟1130，該傳送結構亦可將該基板支撐件傳送通過一退火模組260以退火該結晶層。注意可將該等加熱模組或分離模組中之至少一者維持在一穩定狀態，同時該傳送結構 傳送該一或多個基板支撐件。如亦在上文所述，當該傳送結構未傳送(或當該支撐件係在該對應加熱模組內，諸如在連續動作模式中)時，在一或多個加熱模組及分離模組中每一者上之一入口快門550及一出口快門555可在該通道孔之至少一部份上閉合，而當該傳送結構傳送該等基板支撐件時，則相應地開啟在一或多個加熱模組及分離模組中每一者上之入口快門及出口快門。
另外，如上所述，在步驟1135中，該系統200亦可將該等基板支撐件依序地傳送通過一或多個冷卻模組270/280，接著在步驟1140中傳送由該基板支撐件支撐之該結晶層至一卸載台290(或220)。在步驟1140中，該結晶層可自該基板支撐件移除(例如，在卸載台處暫停真空同時移除該結晶層)。
該程序1100接著可在步驟1145中結束。雖然此結束了一供體/層之程序1100(例如：一特定基板支撐件300)，該製程實質上在此處針對另一供體/層使用相同基板支撐件而重覆。此外，應注意儘管如上所述在程序1100內之某些步驟可係視情況選用的，第11圖中所示之該等步驟僅係用於說明之實例，且可視需要包括或排除某些其它步驟。此外，儘管顯示該等步驟之特定順序，此順序僅係說明性，且可在不背離本文實施例之範疇下使用該等步驟之任何合適之配置。
注意本發明可用來製備一電子裝置之一蓋板。在一特定實施例中，該方法包含以下步驟：提供一供 體主體，諸如藍寶石、經由該供體主體之頂表面植入一離子劑量以形成在該頂表面下之一分離平面、自該供體主體沿該分離平面使用上述之系統剝離該層、以及形成包含此層之該蓋板，其具有10至150微米之厚度。較佳地，該離子劑量包含氫或氦離子。
例如，存在目前可得之許多類型之行動電子裝置，其包括至少部份透明之一顯示窗裝配件。例如，此等包括手持式電子裝置，諸如媒體播放器、行動電話(蜂巢式電話)、個人資料助理(PDA)、紙、及膝上型電腦及筆記型電腦。此顯示螢幕裝配件可包括多個組件層，例如：諸如，一視訊顯示層，諸如一液晶顯示器(LCD)、用於使用者輸入之一觸控感應層、及至少一個用於保護該視訊顯示器之外覆蓋層。每一該等層通常層壓或接合在一起。
今日所用之許多行動電子裝置受到過度之機械及/或化學傷害，尤其是粗心的使用及/或掉落，其來自諸如使用者口袋或錢包中之鑰匙之物品接觸螢幕，或是頻繁地使用觸控螢幕。例如，智慧型電話及PDA之觸控螢幕表面及介面可因刮花及撞凹該實體使用者介面之磨損而受損，且此等缺陷可作用為應力集中點，其使得該螢幕及/或其下組件更加脆弱而在機械或其它衝擊事件中破損。另外，來自使用者皮膚之油脂或其它碎屑可塗布該表面並可進一步促進該裝置之劣化。此種磨損及化學作用可造成其下電子顯示組件之視覺清晰度減少，因此可能妨礙使用及享受該裝置並使其壽命受限。
已使用各種方法及材料以增加行動電子裝置之顯示窗之耐久性。例如，可將聚合塗層或層施加至該觸控螢幕表面以提供對抗劣化之障壁。然而，此等層可干擾其下電子顯示器之視覺清晰度並干擾該觸控螢幕之靈敏度。此外，由於該等塗布材料亦常係軟的，其等本身可變得容易受損，需要定期更換或限制該裝置之壽命。
另一常見方法係使用更高度耐化學及耐刮材料作為該顯示窗之外表面。例如，某些行動裝置之觸控感應螢幕可包括一層化學強化鹼鋁矽酸鹽玻璃，其以鉀離子取代鈉離子以加強硬度，諸如得自康寧公司之稱為「大猩猩玻璃(gorilla glass)」之材料。然而，即使此類型之玻璃亦可被許多更硬之材料刮傷，且進一步地，作為一玻璃，係易於破碎損壞或粉碎。亦已提議藍寶石且用作用於該顯示組裝件之外層之一材料或用作應用在該顯示窗上之一單獨的保護薄片。然而，藍寶石相對地昂貴，尤其是以目前可得之厚度，且其不容易獲得超薄層。
因此，本文技術之用途可提供用來剝離一或多個結晶層(諸如藍寶石)，其具有少於150微米，諸如少於50微米、少於30微米、少於25微米、以及少於15微米之厚度。
已針對說明與描述之目的而呈現本發明之較佳實施例之先前描述。其並未意欲將本發明詳盡或限制於所揭示之精確形式。可根據以上教示或可由本發明之實踐習得而進行修改與變化。選擇與描述該等實施例以說明 本發明之原理與其實際應用，以使得熟習本技術者可在各種實施例中並以適於所考量之特殊用途之各種修改利用本發明。例如，儘管本文之該等組件具某種構形及/或形狀，可在不背離本文所述之系統及技術下使用其它特定之構形及/或形狀。因此意欲以本發明隨附之申請專利範圍及其等效物定義其範疇。

Claims (56)

  1. 一種用於自一經植入之結晶供體基板剝離一結晶層之系統，該系統包含：一傳送結構；一或多個基板支撐件，其貼附至該傳送基板且經構形以藉由真空支撐至少一經植入之結晶供體基板，該經植入之結晶供體基板包含一頂表面、一底表面、及在該經植入之結晶供體基板內在該頂表面下方之一分離平面；一裝載台，其經構形以將該經植入之結晶供體基板定位在一各別之基板支撐件上，該頂表面與該真空接觸；一或多個加熱模組，其經構形以加熱在該各別之基板支撐件上支撐之該經植入之結晶供體基板，每一加熱模組包含一通道孔，其為在該各別之基板支撐件上之經植入之結晶供體基板提供進入及通過之入口；一分離模組，其經構形以自該經植入之結晶供體基板沿該分離平面熱分離該結晶層並形成一剩餘供體基板，該層保持與該真空接觸且該分離模組包含一通道孔，其為在該各別之基板支撐件上支撐之該經植入之結晶供體基板提供進入之入口及為由該各別之基板支撐件支撐之該結晶層提供通過之出口；以及一卸載台，其經構形以自該各別之基板支撐件移除該結晶層， 其中，該傳送結構經構形以將該一或多個基板支撐件自該裝載台依序地傳送通過該一或多個加熱模組及該分離模組，且至該卸載台。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中，該真空係一連續式真空。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中，該基板支撐件經貼附以自該傳送結構向外延伸。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中，該傳送結構係一旋轉結構，該旋轉結構經構形以藉由旋轉將該一或多個基板支撐件依序地傳送。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其包含複數個基板支撐件。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之系統，其中，該複數個基板支撐件彼此熱隔離。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中，該一或多個基板支撐件經構形以藉由該真空個別地支撐複數個經植入之結晶供體基板。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中，該一或多個加熱模組包含一預加熱模組。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之系統，其中，該一或多個加熱模組包含一穩定化模組，依序地在該預加熱模組之後及在該分離模組之前。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其復包含：一退火模組，依序地在該分離模組之後及在該卸 載台之前，該退火模組經構形以將該結晶層退火，該退火模組包含一通道孔，其為在一各別之基板支撐件上之該結晶層提供進入及通過之入口。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其復包含：一入口快門及一出口快門，在該一或多個加熱模組及分離模組之每一者上，該等入口及出口快門經構形以當該傳送結構不傳送該一或多個基板支撐件時關閉覆蓋該通道孔之至少一部份，及當該傳送結構傳送該一或多個基板支撐件時開啟。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之系統，其中，一特定加熱模組之一出口快門亦係一其後加熱模組或分離模組之一入口快門。
  13. 如申請專利範圍第11項所述之系統，其中，一特定加熱模組或分離模組之一入口快門及一出口快門係一單獨結構，該單獨結構亦經構形以在關閉時覆蓋該通道孔之至少一部份。
  14. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其復包含：一熱屏，其自該一或多個基板支撐件中之每一者延伸，並經構形以當一對應基板支撐件定位在一各別加熱模組或該分離模組內時覆蓋該通道孔之至少一部份。
  15. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其復包含：一或多個冷卻模組，依序地在該卸載台之前。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之系統，其中，該一或多 個冷卻模組包含空氣噴流。
  17. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中，該一或多個基板支撐件經構形以自該經植入之結晶供體基板之該頂表面上經由該真空支撐該頂表面。
  18. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中，該一或多個基板支撐件經構形以自該經植入之結晶供體基板之該頂表面下經由重力與該真空支撐該頂表面。
  19. 如申請專利範圍第18項所述之系統，其復包含：一第二支撐件，至少在該分離模組內，該第二支撐件經構形以在熱分離之後支撐該剩餘結晶供體基板。
  20. 如申請專利範圍第19項所述之系統，其中，該分離模組之該通道孔為由該第二基板支撐件支撐之該剩餘結晶供體基板提供出口。
  21. 如申請專利範圍第18項所述之系統，其進一步包含：一擷取機構，在該分離模組內，該擷取機構經構形以容納在熱分離後自由掉落之該剩餘結晶供體基板。
  22. 如申請專利範圍第18項所述之系統，其中，該分離模組復包含一空穴，以在熱分離後容納該剩餘結晶供體基板。
  23. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中，該一或多個基板支撐件包含：一第一表面，其經構形以自該經植入之結晶供體 基板之一第一表面下經由重力及該真空支撐該第一表面；以及一第二表面，其經構形以自該經植入之結晶供體基板之一第二表面上經由該真空支撐該第二表面。
  24. 如申請專利範圍第23項所述之系統，其中，該一或多個基板支撐件之該第一與第二表面經進一步構形以分別對該經植入之結晶供體基板之該第一與第二表面提供壓縮力及分離力。
  25. 如申請專利範圍第24項所述之系統，其中，該分離力提供在熱分離後之該結晶層與該剩餘供體基板之間之一分離間隙，且其中，該分離模組之該通道孔為由該間隙分開之該剩餘供體基板與該結晶層提供出口。
  26. 如申請專利範圍第23項所述之系統，其中，該等經植入之結晶供體基板之該第一表面係該頂表面，且其中，該結晶供體基板之該第二表面係該底表面。
  27. 如申請專利範圍第23項所述之系統，其中，該經植入之結晶供體基板之該第一表面係該底表面，且其中，該經植入之結晶供體基板之該第二表面係該頂表面。
  28. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其復包含：一夾緊裝置，其定位在該分離模組內，以在分離期間對該經植入之結晶供體基板之該頂表面與底表面兩者上提供壓縮力。
  29. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中，該卸載台經構形以暫停該真空，同時移除該結晶層。
  30. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其復包含：一惰性氣體清洗設備，其經構形以對該一或多個加熱模組或該分離模組之至少一者提供惰性氣體。
  31. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中，該一或多個支撐基板及該一或多個加熱模組與該分離模組之內部組件係由非氧化材料構成。
  32. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其復包含：該一或多個加熱模組或該分離模組之至少一者之內牆，其由非粒子脫落材料構成。
  33. 如申請專利範圍第32項所述之系統，其中，該非粒子脫落材料係選自由以下組成之群組：石英、陶瓷、及碳化矽。
  34. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中，該結晶供體基板及一或多個基板支撐件具有實質上相似之熱膨脹係數。
  35. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中，該經植入之結晶供體基板係選自由以下組成之群組：石英、矽、碳化矽、氮化鎵、砷化鎵、氮化鋁、金剛石、及鍺。
  36. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中，該一或多個加熱模組及該分離模組係楔形的。
  37. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中，該一或多個加熱模組或分離模組之至少一者包含一電阻加熱器。
  38. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中，該分離模 組包含一微波加熱器。
  39. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中，該一或多個加熱模組或分離模組之至少一者係維持在一穩定狀態，同時該傳送結構傳送該一或多個基板支撐件。
  40. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中，該經植入之結晶供體基板之該頂表面在分離前結合至一處理基板，且其中，該一或多個基板支撐件係經構形以藉由該處理基板支撐該經植入之結晶供體基板。
  41. 一種用於自一經植入之結晶供體基板剝離一結晶層之方法，該方法包含：在一裝載台處將一經植入之結晶供體基板置放於一基板支撐件上，該基板支撐件貼附至一傳送結構且經構形以藉由真空支撐至少一經植入之結晶供體基板，該經植入之結晶供體基板包含一頂表面、一底表面、以及在該經植入之結晶供體基板內在該頂表面下之一分離平面，該頂表面置於與該真空接觸；將貼附於該傳送結構及支撐該經植入之結晶供體基板之該基板支撐件依序地傳送通過一或多個加熱模組及一分離模組，其中，該一或多個加熱模組係經構形以加熱在該基板支撐件上支撐之該經植入之結晶供體基板，每一加熱模組包含一通道孔，其為在該基板支撐件上之經植入之結晶供體基板提供進入且通過之入口，以及其中，該分離模組係經構形以自該經植入之結晶 供體基板沿該分離平面熱分離該結晶層，並形成一剩餘供體基板，該層保持與該真空接觸，且該分離模組包含一通道孔，其為在該基板支撐件上支撐之該經植入之結晶供體基板提供進入之入口，及為由該基板支撐件支撐之該結晶層提供通過之出口；以及將由貼附至該傳送結構之該基板支撐件支撐之該結晶層依序地傳送至一卸載台。
  42. 如申請專利範圍第41項所述之系統，其中，該等經植入之結晶供體基板放置於貼附至該傳送結構之一或多個基板支撐件之一特定基板支撐件上。
  43. 如申請專利範圍第42項所述之方法，其復包含：根據該依序傳送控制針對該一或多個基板支撐件之個別基板支撐件之該真空的壓力。
  44. 如申請專利範圍第41項所述之方法，其中，該傳送結構係一旋轉結構，該旋轉結構經構形以藉由旋轉依序地傳送該基板支撐件。
  45. 如申請專利範圍第41項所述之方法，其中，該一或多個加熱模組包含一預加熱模組。
  46. 如申請專利範圍第45項所述之系統，其中，該一或多個加熱模組包含一穩定化模組，依序地在該預加熱模組之後及該分離模組之前。
  47. 如申請專利範圍第41項所述之方法，其復包含：依序地傳送該基板支撐件通過一退火模組，該退火模組依序地在該分離模組之後及在該卸載台之前， 該退火模組經構形以將該結晶層退火，該退火模組包含一通道孔，其為在該基板支撐件上之該結晶層提供進入及通過之入口。
  48. 如申請專利範圍第41項所述之方法，其復包含：當該傳送結構未傳送該基板支撐件時，關閉在該一或多個加熱模組及分離模組中每一者上之一入口快門及一出口快門，以覆蓋該通道孔之至少一部份；以及當該傳送結構傳送該基板支撐件時，開啟在該一或多個加熱模組與分離模組之每一者上之該入口快門與該出口快門。
  49. 如申請專利範圍第48項所述之方法，其中，一特定加熱模組之一出口快門亦係一其後加熱模組或分離模組之一入口快門。
  50. 如申請專利範圍第48項所述之方法，其中，一特定加熱模組或分離模組之一入口快門及一出口快門係一單獨結構，該單獨結構亦經構形以在關閉時覆蓋該通道孔之至少一部份。
  51. 如申請專利範圍第41項所述之方法，其復包含：依序地傳送該基板支撐件以通過一或多個冷卻模組，該一或多個冷卻模組依序地在該卸載台之前。
  52. 如申請專利範圍第41項所述之方法，其中，該基板支撐件包含：一第一表面，其經構形以自該經植入之結晶供體 基板之一第一表面下經由重力及該真空支撐該第一表面；及一第二表面，其經構形以自該經植入之結晶供體基板之一第二表面上經由該真空支撐該第二表面。
  53. 如申請專利範圍第52項所述之方法，其復包含：藉由該等基板支撐件之該第一與第二表面以分別對該經植入之結晶供體基板之該第一與第二表面提供壓縮力及分離力。
  54. 如申請專利範圍第41項所述之方法，其復包含：在傳送該基板支撐件時，維持一連續真空。
  55. 如申請專利範圍第41項所述之方法，其復包含：在該卸載台處暫停該真空，並在該卸載台處自該基板支撐件移除該結晶層。
  56. 如申請專利範圍第41項所述之方法，其復包含：將該一或多個加熱模組或分離模組之至少一者維持在一穩定狀態，同時該傳送結構傳送該一或多個基板支撐件。
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