TWM514652U - 用於分離基板的層的設備和用於形成獨立的外延半導體基板的設備 - Google Patents

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TWM514652U
TWM514652U TW104202008U TW104202008U TWM514652U TW M514652 U TWM514652 U TW M514652U TW 104202008 U TW104202008 U TW 104202008U TW 104202008 U TW104202008 U TW 104202008U TW M514652 U TWM514652 U TW M514652U
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TW
Taiwan
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substrate
source
layer
epitaxial
station
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Application number
TW104202008U
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Inventor
Takao Yonehara
Karl J Armstrong
Fatih Mert Ozkeskin
Original Assignee
Applied Materials Inc
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Publication date
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Description

用於分離基板的層的設備和用於形成獨立的外延半導體基板的設備
本文述及之實施方式涉及製造半導體基板的設備。更特定而言，本文述及之實施方式涉及製造單晶半導體基板的設備。
半導體基板廣泛用於製造基於半導體材料的獨特電磁特性而操作的多種裝置。在眾多情況下，半導體基板具有單晶(monocrystalline)或單個晶體(single crystal)的形態。結晶矽基板可以傳統方式通過使用切克勞斯基法(Czochralski)或浮動區域製程從單晶矽錠或單晶矽晶棒鋸切板材而獲得。鋸切基板的製程產生粉狀矽廢屑流(被稱作切口)，此廢屑流是晶錠中是鋸條厚度的一部分的粉碎殘餘物。粉狀矽通常被回收到新晶錠中，但切口構成晶錠的較大部分，並且因此增加從晶錠獲取每一單獨板材的成本。
結晶矽基板也可以傳統方式通過使用CVD製程在單個晶體範本基板上生長外延層而獲得。然後，通過剝離或水鋸切將外延層自範本基板分裂開。可在自範本基板分裂開之前或之後使裝置形成在基板上。可通過在範本基板上生長外延層之前在範本基板中形成小孔來促進分裂，或通過在選定深度注入離子以形成裂縫來促進分裂。「手柄」基板常粘結至外延層以便在分裂之後便於搬運。
傳統的外延是緩慢的製程。將如上文提及的範本基板安置在CVD腔室中，並將範本基板加熱到處理溫度。將前驅氣體混合物提供至腔室，並將範本基板表面暴露於所述氣體。一層以逐個原子的方式在範本基板上生長，直至達到所需的厚度。使單晶基板生長至合理的厚度(如500μm)可能由於單晶材料的生長速率受限而需數小時。可在極嚴格的條件下實施液相外延，外延的形態結果嚴重依賴對沉積介面保持的嚴格控制。固相外延也可用以產生單晶層，但這種製程通常需要大量能量以使多晶材料或非晶材料再結晶。
需要用以高速製造單晶及/或外延半導體基板的新方法和設備。
本文描述用於形成獨立的、大體上為單晶的半導體基板的設備。對範本基板進行在範本基板的每一個主表面上形成多孔層的處理。多孔層經打磨光滑，然後在每一多孔層上形成外延層。機械能用以將外延層從範本基板分離，通過去除任何殘留的多孔和外延材料來回收範本基板。
100‧‧‧方法
102‧‧‧步驟
104‧‧‧步驟
106‧‧‧步驟
108‧‧‧步驟
110‧‧‧步驟
112‧‧‧步驟
200‧‧‧方法
202‧‧‧步驟
204‧‧‧步驟
206‧‧‧步驟
208‧‧‧步驟
300‧‧‧設備
302‧‧‧反應器
304‧‧‧夾持器
306‧‧‧基板
308‧‧‧流體入口
310‧‧‧反應腔室
312‧‧‧流體出口
314‧‧‧電極
316‧‧‧電極
318‧‧‧導電薄膜
320‧‧‧導電薄膜
322‧‧‧電極腔室
324‧‧‧電極腔室
400‧‧‧方法
402‧‧‧步驟
404‧‧‧步驟
406‧‧‧步驟
500‧‧‧設備
502‧‧‧外殼
503‧‧‧範本基板
504‧‧‧基板支座
506‧‧‧臂
508‧‧‧主軸
510‧‧‧邊緣夾具
512‧‧‧出氣口
514‧‧‧出氣口
516‧‧‧進氣口
518‧‧‧進氣口
520‧‧‧上部熱源
522‧‧‧輻射發射器
524‧‧‧下部熱源
526‧‧‧致動器
528‧‧‧上部處理空間
530‧‧‧下部處理空間
532‧‧‧視窗
534‧‧‧視窗
540‧‧‧基板支撐組件
542‧‧‧邊緣支座
544‧‧‧臂
546‧‧‧升降桿
548‧‧‧升降桿箍
550‧‧‧批量式處理腔室
552‧‧‧腔室
554‧‧‧框架
556‧‧‧邊緣支座
558‧‧‧基板
560‧‧‧桿
562‧‧‧旋轉致動器
564‧‧‧進氣口
566‧‧‧開口
568‧‧‧排氣管
570‧‧‧開口
572‧‧‧加熱元件
600‧‧‧方法
602‧‧‧步驟
604‧‧‧步驟
606‧‧‧步驟
608‧‧‧步驟
610‧‧‧步驟
700‧‧‧設備
702‧‧‧腔室
704‧‧‧處理空間
706‧‧‧邊緣支座
708‧‧‧基板
710‧‧‧流體入口管
712‧‧‧流體出口管
714‧‧‧第一壓力波轉換器
716‧‧‧第二壓力波轉換器
720‧‧‧基座
730‧‧‧設備
732‧‧‧腔室
734‧‧‧接觸致動器
736‧‧‧基板支座
737‧‧‧接觸致動器
738‧‧‧基板
740‧‧‧接觸表面
742‧‧‧來源
743‧‧‧機械應力來源
744‧‧‧致動器
746‧‧‧護罩
750‧‧‧設備
752‧‧‧壁支座
754‧‧‧邊緣支座
756‧‧‧接觸表面
758‧‧‧線性致動器
760‧‧‧線性致動器
770‧‧‧設備
772‧‧‧邊緣支座
774‧‧‧分離致動器
776‧‧‧分離致動器
782‧‧‧真空頭
784‧‧‧真空施放裝置
786‧‧‧凹槽
788‧‧‧止塊
790‧‧‧真空氣室
792‧‧‧間隙
794‧‧‧致動器
800‧‧‧基板
802‧‧‧多孔層
804‧‧‧外延層
806‧‧‧粗糙表面
808‧‧‧多孔材料
900‧‧‧基板
902‧‧‧多孔層
902A‧‧‧第一低孔隙率層
902B‧‧‧第二低孔隙率層
904‧‧‧外延層
906‧‧‧保護層
910‧‧‧去除部分
912‧‧‧邊緣部分
1000‧‧‧基板
1002‧‧‧多孔層
1004‧‧‧外延層
1006‧‧‧保護層
1008‧‧‧接觸致動器
1010‧‧‧接觸致動器
1012‧‧‧接觸表面
1014‧‧‧接觸表面
1016‧‧‧保護層
1100‧‧‧設備
1102‧‧‧範本基板
1104‧‧‧台架位置
1106‧‧‧保護層
1108‧‧‧分配器
1110‧‧‧箭頭
1112‧‧‧施放裝置站
1114‧‧‧橫向分離站
1116‧‧‧邊緣寫入器
1118‧‧‧層分離站
1120‧‧‧接觸致動器
1122‧‧‧層去除站
1124‧‧‧多面旋轉拾取工具
1126‧‧‧去除工具
1128‧‧‧脫離站
1130‧‧‧接受器
1132‧‧‧回收站
1134‧‧‧多孔層成型站
1136‧‧‧外延站
為了能夠詳細理解上文中列舉的本實用新型特徵，可參考實施方式對上文簡述的本實用新型進行更為特定的描述，所述實施方式中的一些實施方式在附圖中進行圖示。然而，將注意，附圖僅圖示本實用新型的典型實施方式，因此不被視作限制本實用新型範圍，因為本實用新型可能承認其他同等有效的實施方式。
圖1是概述根據一個實施方式製造外延半導體基板的方法的流程圖。
圖2是概述在範本基板上形成多孔層的方法的流程圖，所述範本基板可用於圖1的方法中。
圖3是用於實施圖2中方法的設備的示意性側視圖。
圖4是概述根據另一實施方式的外延方法的流程圖。
圖5A和圖5C是可用以執行圖4中方法的外延設備的兩個實施方式的示意性側視圖。
圖5B是可用於圖5A中設備的替代性基板支撐組件的示意性橫截面視圖。
圖6是概述根據另一實施方式的獲得基板的方法的流程圖。
圖7A-7D是可用以執行圖6中方法的分離設備的四個實施方式的示意性側視圖。
圖8A-8C是經受圖1、圖2和圖4中方法的基板的橫截面視圖。
圖9A-9F是經受圖1、圖2、圖4和圖6中方法的基板的 橫截面視圖。
圖10A-10C是經受圖6中方法的變型的基板的側視圖。
圖11A是根據一個實施方式用於製造外延基板的設備的示意性側視圖。
圖11B是圖11A中設備的平面視圖。
為了便於理解，在可能的情況下已使用相同元件符號以指定附圖中共有的相同元件。設想一個實施方式中所揭示的元件可在無需特定詳述的情況下有利地用於其他實施方式。
本文述及之實施方式一般提供用於形成具有單晶、大體上單晶，或外延形態的半導體基板的方法和設備。此種基板可用於後續處理以形成半導體裝置，如邏輯、記憶體、通訊、功率、光學、照明或任何其他有用的半導體裝置。結晶矽基板常用於例如光伏應用中，並且結晶化合物半導體基板常用以製造發光半導體裝置。可利用本文述及之方法和設備而獲得的基板是通過雙側外延製程而形成的，在此製程中，範本基板的兩個主表面同時經受外延生長製程以在基板上形成兩個外延層，隨後使用機械能將所述外延層分裂開。
圖1是概述根據一個實施方式形成外延半導體基板的方法100的流程圖。在102中，多孔層形成於範本基板的兩個主表面上。範本基板是可與所需外延基板的材料具有類似形態的半導體材料。範本基板可為矽、如矽與鍺的半導體元 件組合，或如III/V族化合物、II/VI族化合物、III/IV/V族化合物、II/IV/VI族化合物或其他此種化合物的化合物半導體。範本基板通常具有大於從方法100獲得的基板所需厚度的厚度。範本基板的厚度可在約50μm與約5cm之間，如在約0.1mm與約3cm之間，例如約2cm。
多孔層通常形成至一深度，此深度將支持經由多孔層將外延基板從範本基板上分裂開。每一多孔層可具有一厚度，此厚度在約0.1μm與約3μm之間，如約0.5μm與約2μm之間，例如約1μm。多孔層可具有一密度，此密度在範本基板材料的密度的約25%與約75%之間。形成多孔層通過在材料中形成孔隙而降低範本基板材料的密度。降低的密度便於多孔性材料相較於密緻材料的選擇性壓裂，因為孔隙率降低材料強度和材料的抗機械失效性。
範本基板的每一表面上的多孔層可具有大體上恆定的厚度或變化的厚度。例如，多孔層的第一部分可具有第一厚度，且多孔層的第二部分可具有不同於第一厚度的第二厚度。此種實施方式可用於在單個範本基板上形成具有不同厚度的外延層。
在104中，外延層形成於在102中形成的每一多孔層上。外延層可同時或連續地在範本基板的兩個主表面上形成。外延層通常生長至一厚度，以便外延層可與範本基板分離，並在不受損壞的情況下進行搬運。層的厚度可在約50μm與約500μm之間，如在約100μm與約200μm之間，例如約150μm。
在106中，將機械能引導至上方形成有外延層的範本基板。可通過與機械致動器接觸或在不接觸的情況下經由傳輸媒體來將機械能引導向基板。機械能加壓於範本基板材料，導致薄弱的多孔層的壓裂，以使外延層能夠從範本基板分離。可將機械能同時或連續地引導至範本基板的兩個主表面。
在108中，使外延半導體層從範本基板處脫離。外延層與範本基板主體之間的多孔層由於在106中施加的機械能而弱化或破裂，並且可使用極少力或不使用力來分離外延層。如果多孔層中一或更多個層的破裂不完全，則可施加少許剝離力以完整分離外延層。
在110中，多孔層中可能粘附至已脫離的外延層的任何殘餘物被去除以形成外延半導體基板。可通過化學方法、物理方法，或上述兩者的組合來去除多孔性材料。可通過蝕刻化學作用蝕刻多孔材料，所述蝕刻化學作用蝕刻多孔性材料的速度比密緻材料快。含氫電漿即為此種化學方法。也可在如CMP的平坦化製程中去除多孔性材料。
在112中，回收範本基板。可使用任何方便的製程去除任何多孔性殘餘物，如上文提及的製程。可回收範本基板直至所述範本基板的厚度小於公差極限，如50μm。
圖2是概述在基板上形成多孔層的方法200的流程圖，所述基板可用於方法100中。方法200在電場的強制下使用離子以穿透和分裂範本基板的表面，從而使密度降低。在202中，範本基板安置在電解液中。電解液通常容納在容器中， 且可將範本基板浸沒在容器中的所述電解液中。可將範本基板的兩個主表面同時或連續地暴露於電解液。電解液是離子溶液，所述離子溶液可能是水溶液或極性有機溶液。
在204中，將電勢施加於電解液。施加電勢以便產生沿與範本基板主表面相交的方向定向的電場。電場可垂直於範本基板的主表面。
在206中，驅動來自電解液的離子進入範本基板的主表面或與表面材料反應，從而在範本基板的表面中形成孔隙。電勢使電解液中的離子向電場方向的行進速度加快。離子與範本基板表面碰撞、與範本基板表面反應，及/或穿透範本基板表面，從而破壞範本基板表面中的原子結構，或從表面去除原子，並且降低表面上的局部密度。
電勢的極性可在需要時反轉，以將來自電解液的離子向範本基板的第二主表面驅動。電勢的極性可在需要時互換，以循環驅動離子朝向範本基板的兩個主表面。
電解液可以是經受電場增強作用的任何離子溶液。在一個實施方式中，電解液可為HF在IPA中的溶液。當矽基板浸沒在此種溶液中，且所述溶液經受電場作用時，F-離子與矽反應以形成多孔的矽表面。在另一個實施方式中，電解液可以是在如水、乙醇，或水與乙醇的混合物的極性溶劑中的HX溶液，所述HX中的X是如Cl、F，或Br的鹵素。
在208中，離子降低範本基板表面處的密度，從而形成多孔層。根據處理時間和強度，範本基板表面材料的密度可能降低25%至75%之多。由此形成的多孔層通常具有密度梯 度，最低密度部分接近於表面，且密度自表面至多孔層與範本基板密緻主體之間介面單調上升。多孔層在自身的表面上可具有一密度，所述密度比範本基板的主體的密度最多小90%。
圖3是用於依照方法200形成多孔層的設備300的示意性側視圖。設備300是可同時處理任何所需數量的基板的批量式設備。在圖3的配置中，多個基板306安置在反應器302中。基板306以相對於彼此大體平行的方式定向，且可具有垂直的、水平的，或垂直與水平之間的任何定向。電極安置在反應器302的任一端部。通過夾持器304將基板306固定到位。雖然圖3中圖示六個基板，但通過增大反應器302的尺寸和夾持器304的數目則可容易完成重新配置以容納任何數目的基板。可同時處理的基板的最大數目基於反應器302針對最佳所需佔用面積、化學品利用、所需電功率等等的可接受尺寸。同時處理多個基板通過允許共用化學品電解液、使用一對電極，和減少處理所需的整體材料/部件來促進低成本和高產量。
電極組件包括安置在反應器302任一端部的兩個電極314、316。每一電極314、316可為固體電極板材或膜。電極通常由對製程化學物質呈惰性的材料形成。在為HF/IPA溶液的情況下，每一電極可能為金剛石、石墨、鉑，或任何其他適合的材料，以避免在電化學反應期間發生腐蝕或蝕刻。電極組件可進一步包括分別用於每一電極314、316的電極腔室322、324。在此情況下，電極腔室322、324與反應腔室310分開，所述反應腔室中固持實際的處理電解質和基板306。每 一電極腔室322、324可通過導電薄膜318、320的方式與處理腔室310分開，所述導電薄膜允許電場穿過，但阻止化學離子和分子的傳輸。每一薄膜318、320可獨立存在或夾在兩個删餘的非導電板材之間以提供機械穩定性。此分隔或劃分允許在電極腔室和處理腔室中使用不同的電解質化學品(多種組成、化學成分，等等)，且彼此之間互不干擾。
處理腔室310容納基板306和電解質。基板可具有多種幾何形狀，例如(但不限於)圓形、正方形、具有不同程度的較圓轉角的偽正方形(具有削圓轉角的正方形)、和矩形結構。基板可基本上為具有不同粗糙度的平坦面，或可經構造以形成三維圖案或利用膜構造而成，所述膜局部阻止或使多孔矽的形成成為可能。
夾持器304在反應器302的外壁周圍可為連續或不連續的。圍繞基板306周長的基板306連續夾持可阻止基板周圍的離子的流入，從而有效地密封基板306之間的各個分區。在一實施方式中，反應器302可具有橫截面形狀，所述形狀遵循在反應器302中待處理的基板306的形狀，因此，夾持器304可安置在反應器302的外壁上。或者，夾持器304可從反應器302的壁得到支撐，例如由將夾持器304連接至反應器302的壁的擋板支撐，以提供與基板306的連續接觸。在此種實施方式中，反應器302通常經配置以在一或更多個區段中如同貝殼一般打開，以便可將基板306插入以與夾持器304對準。當將基板306插入反應器302的一個部分時，反應器302關閉，且夾持器304在基板306周圍封閉，從而產生密封。
反應器302的壁可襯有化學惰性材料以阻止電解質或電場的不良滲漏。襯墊材料可為單層或多個層。在為HF/IPA電解質的情況下，襯墊材料對任何與HF或乙醇的反應具有抵抗性。襯墊材料可為絕緣橡膠或泡沫，以在基板邊緣與腔室壁或夾持器之間提供無滲漏的密封。
具有經劃分的電極腔室322、324的設備300也允許電調變。可選擇或修改如電極尺寸、電極與最靠近的基板之間的距離、和基板之間距離的參數以獲得所需的電場均勻性。上述用以固持上述薄膜318、320的間隔物也可通過例如變更形狀或材料而進行修改，以獲得所需的電場均勻性。在整體處理流程中需要不同電場(由此改變多孔矽的厚度或孔隙率)的情境中，間隔物設計可用以在不變更腔室設計的情況下控制電場。
腔室可具有穿過反應器302的壁而形成的一或更多個流體入口308與流體出口312。流體入口308與流體出口312允許補充電解質和去除反應副產物，以維持反應器302中穩定不變的化學組成。
在反應期間，氫可從基板306和電極314、316表面釋出。因為浴與電流傳輸裝置整合為一體，因此氫氣可能阻擋電流流動和化學品向反應表面的供應，由此影響多孔矽的形成的連續性與均勻性。基板之間的距離、流體流動，和流動埠的設計決定氫氣去除的有效性。雖然就流體力學而言，去除氫相當簡單，但有必要進行一些考慮以減輕經由流體埠的電流損失。可通過電隔絕每一埠，通過減少連接到流體埠的 流體輸送線路的直徑，及/或通過增大流體輸送線路的長度來減輕電流損失。減小流體輸送線路的直徑和增大其長度產生更大的電阻，從而減少電流損失。電流場線路也受與基板鄰近的幾何形狀的影響。因此，與多個較小埠相比，較大流動埠更不恰當。
在一些實施方式中，圖3的反應器302可用作基板容納器，且可浸沒在包含在較大容器的電解液中。電解質可從浴中從流體入口308與流體出口312中的任何埠進入反應器302，然後電極314、316可通電。用這種方式，多個基板容納器可循環進入電解液中以處理基板。
圖3的設備300可用以在浴中在基板的一側或兩側上形成單層或多層多孔矽。可通過施加僅在一個方向上流動的電流，而在不改變電流極性的情況下僅在基板的一側上形成多孔矽。另一方面，可通過至少一次或多次交換電流方向而在基板的兩側上形成多孔矽。電流密度(連同HF濃度一起)控制層孔隙率。由此，可通過提高電流密度來增大層孔隙率，並且相反，可通過降低電流密度來減小層孔隙率。可通過在多孔矽形成製程期間及時調變或變更電流位準來形成多層多孔矽。例如，利用較低電流密度開始進行多孔矽製程，隨後由較高電流密度進行此處理，可導致覆蓋在較高孔隙率層之下的較低孔隙率層的形成。可通過例如線性地及時調變或改變電流密度來形成具有不同孔隙率等級的多孔矽層。可使用此方法以形成任何多孔矽結構，所述結構具有1至多個多孔矽層，所述層具有1至多個孔隙率值。
圖4是概述根據另一實施方式的外延方法400的流程圖。在402中，範本基板安置在處理腔室中，所述範本基板在自身的兩個主表面上具有多孔層。可使用方法200中的設備300形成多孔層，並且範本基板可為結晶矽、鍺、矽鍺、矽碳、碳化矽、鍺碳、碳化鍺、矽鍺碳、碳化矽鍺，或化合物半導體，如III/V族、II/VI族、III/IV/V族，或II/IV/VI族化合物。如上所述，可形成多孔層以具有恆定的孔隙率及/或密度，或分等級的孔隙率及/或密度。多孔層可具有相同厚度，所述厚度可針對多孔層而恆定不變，或可為不同的厚度。處理腔室可為可用於執行如外延製程的CVD製程的任何腔室。
在404中，使範本基板的兩個主表面同時暴露於前驅氣體。將氣體提供至包含範本基板的處理腔室，並且氣體流動以接觸範本基板的兩個主表面。範本基板在暴露於氣體期間可旋轉。如有需要，可在暴露於前驅氣體之前遮蔽範本基板的部分，以調整範本基板的一個或兩個主表面上的沉積圖案。遮罩可為經定型的板材，所述板材經放置以與範本基板的多孔表面接觸，或與範本基板的多孔表面相間隔。或者，遮罩可為沉積在多孔表面上並經圖案化的層。
在406中，外延層同時在範本基板的兩個主表面上利用前驅氣體混合物而形成。基板通常被加熱至處理溫度以形成層。可在腔室外部產生熱，並且將熱輻射至腔室內。或者，可在腔室內側產生熱。因為範本基板的兩個主表面同時暴露於前驅氣體，因此層以外延方式在範本基板的兩個主表面上同時生長。
圖5A是根據另一實施方式的用於執行方法400的設備500的示意性側視圖。設備500包括外殼502，所述外殼包圍處理空間。基板支座504安置在處理空間中，並且界定上部處理空間528和下部處理空間530。基板支座504具有一或更多個邊緣夾具510以用於在範本基板503的邊緣處固持範本基板503。邊緣夾具510經支撐在從主軸508伸出的臂506上。主軸508經由外殼502的壁耦接至旋轉的致動器526，所述致動器可用以旋轉基板支座504和範本基板503。基板支座504可由耐熱材料製成，如石英。通常情況下，選擇對於經選定以加熱範本基板的熱輻射大體上為透明的材料，以避免產生熱非均勻性。
在圖5A的實施方式中，提供四個臂506，所述臂中的三個臂為可見。可提供任何便利的數目的臂506。例如，可提供三個或五個臂506。在不連續的邊緣夾具的情況下，每一臂可具有一邊緣夾具以作為末端執行器。
在一個實施方式中，使用單個邊緣夾具510，且所述單個邊緣夾具在基板圓周周圍為連續的。可在設備500外側將連續的邊緣夾具510施加於基板503，並可隨基板將所述邊緣夾具傳送至設備500內。在此種情況下，邊緣夾具510可在邊緣夾具510的下側上具有對準構造，如壓痕或凹槽，以用於與臂506接合。
可經由一或更多個進氣口516、518提供前驅氣體混合物。在設備500中，使用兩個進氣口，每一進氣口引導前驅氣體流經範本基板503的主表面。進氣口516引導前驅氣體混 合物流經基板503的第一主表面，並且進氣口518引導前驅氣體混合物流經與基板第一主表面相對的基板503第二主表面。由進氣口516、518提供的前驅氣體混合物流經範本基板503的兩個主表面，並且分別經由出氣口512、514流出。
可使用上部熱源520和下部熱源524為設備500提供熱。上部熱源與下部熱源中的每一者包括輻射發射器522，所述輻射發射器將輻射能分別發射至上部及下部處理空間528、530中。輻射能加熱範本基板503和製程氣體混合物以啟動基板503表面處的沉積反應。因為基板503被支撐在其邊緣處，因此輻射能可直接照射面對下部處理空間530的基板503表面。熱源520、524中的每一者分別具有視窗532、534，所述視窗將發射器522隔開處理環境，以便發射器522不暴露於處理空間528、530中的製程氣體。
圖5B是基板支撐組件540的示意性橫截面圖，所述基板支撐元件可用於設備500中以作為基板支座504的替代品。在組件540中，基板503被支撐在邊緣支座542上，所述邊緣支座以一斜角接觸基板503，以將與基板503的表面接觸減至最少。邊緣支座542從臂544處被支撐，所述臂可與設備500的臂506相同。臂544從主軸508伸出，所述主軸耦接至旋轉的致動器526。多個升降桿546耦接至升降桿箍548，所述升降桿可被致動或可與外殼502的底壁接觸配置，這是傳統上已知的方式。圖5B的基板支撐元件提供安裝範本基板503和從腔室中取回範本基板503的優勢，因為邊緣支座542並非從上方封閉。當升降桿546配置並在邊緣支座542上方延伸時，基板搬運機器 人可將基板放置在升降桿546上。然後，主軸508、臂544，和邊緣支座542可向上移動以與基板503接合，從而將基板503升舉至升降桿546上方的處理位置中，如圖5B中所示。相反程序可用以取回基板503。
圖5C是根據另一實施方式用於在範本基板上形成外延層的批量式處理腔室550的示意性側視圖。腔室552具有耦接至框架554的多個邊緣支座556，所述框架通過桿560耦接至旋轉致動器562。進氣口564將前驅氣體混合物提供至腔室552。可在腔室552外側將基板558載入框架554的邊緣支座556，然後可將框架移入腔室552以進行處理。進氣管564中的開口566使前驅氣體混合物沿每一基板558的兩個主表面流動以執行沉積製程。氣體經由排氣管568流出腔室552，所述排氣管具有開口570以用於收集流經基板的氣體。加熱元件
572在框架554背側為可見的。加熱元件572將輻射能提供至腔室552內以用於啟動沉積製程。加熱元件572可為任何輻射加熱元件，如紅外線發射元件或可見光發射元件，或上述各者的組合。在一個實施方式中，加熱元件572是電阻式加熱元件，在所述加熱元件中，電流產生電阻熱。
圖6是概述根據另一實施方式的方法600的流程圖。在602中，在範本基板的兩個主表面上形成有多孔層的範本基板及在每一多孔層上形成的外延層安置在處理腔室中。可使用前述設備和方法中的任何者來製造此種範本基板。在一些實施方式中，處理腔室可為流體浴腔室。
在604中，機械能經由外延層被引導至範本基板。機 械能經選擇以優先地加壓於多孔層，並導致多孔層的破裂。機械能可為聲能或接觸仲介機械能(contact mediated mechanical energy)。在機械能為接觸仲介機械能的實施方式中，致動器接觸外延層中的一或更多者，並振動或加入振盪動作以加壓於外延層下的多孔層。在機械能為聲能的實施方式中，可將範本基板浸沒至聲學傳送媒體中以便於將聲能引導至基板。
在聲波實施方式中，轉換器產生傳播至基板的壓力波，並且使壓力波經由範本基板的層傳播。壓力波的頻率和振幅可為亞聲速的、聲速的，或超聲的，且所述頻率和振幅可經選擇以使與基板的多孔性材料耦接的效率最大化。壓力波的頻率可在約5kHz與約2000kHz之間，如在約20kHz與約1000kHz之間，例如約26kHz或約950kHz。壓力波的頻率可在單個處理中變動。例如，一個範本基板可經受具有變動頻率的壓力波，所述頻率在約20kHz與約1000kHz之間。壓力波的頻率可重複地提高與降低，以與基板材料的不同振動模式耦合以獲得高效處理。壓力波的振幅可經選擇以提供範本基板處的入射功率，所述入射功率在約300W與約2000W之間，例如約600W。
可將聲波或接觸機械應力同時或連續地施加於範本基板的兩個主表面。在將聲波機械能同時施加至範本基板的兩個主表面時，壓力波產生轉換器可安置在面對範本基板的每一個主表面之處，以便使用兩個壓力波產生轉換器。每一轉換器可產生同時影響基板的壓力波。兩個轉換器可產生具 有相同頻率與功率的壓力波，以便由兩個轉換器產生的波場大體上為相同或同步的，或兩個轉換器可產生不同的非同步波場。由兩個轉換器產生的波場模式可經選擇以使將兩個波場耦接至兩個多孔層內的效率最大化。在連續地施加聲波機械能的情況下，可使用一個轉換器，並且範本基板可經翻轉以允許連續地處理兩個主表面，或可使用兩個轉換器，並且為所述兩個轉換器連續地通電，因此兩個轉換器不在同時產生壓力波。兩個轉換器可以區塊方式操作，以便第一轉換器所執行的處理在第二轉換器通電之前完成，或兩個轉換器可以交替方式進行操作。每一轉換器可包括檢測器，以便在第一轉換器產生壓力波的情況下，可使用第二轉換器以檢測壓力波並且控制所述壓力波的頻率與功率。
本文述及之用於便於外延層的製造的多孔層可通過使用方法200及/或設備300而形成。層的孔隙率大體在約5%與約95%之間。在範本基板上具有單個多孔層的實施方式中，層的孔隙率可在約20%與約80%之間，如在約30%與約70%之間，例如約50%或60%。可選擇多孔層的孔隙率以在經受已定義的應力型式時提供所需的破裂特性。在兩個多孔層形成於範本基板的每一側上的實施方式中，第一多孔層可具有約5%與約25%之間的孔隙率，而在第一多孔層上方形成的第二多孔層則可具有約50%與約80%之間的孔隙率。
在接觸仲介情況下，可將兩個致動器同時施加於範本基板的兩個主表面，或可將單個致動器施加於範本基板的第一主表面，同時將靜態固定器施加於第二主表面。如果使 用兩個致動器，則兩個致動器可同時通電，以便將機械應力同時施加於範本基板的兩個主表面。或者，兩個致動器可以區塊方式或交替方式連續地通電，如上文中針對聲能轉換器所述。因為接觸致動器通常能夠比壓力波轉換器產生更高的機械應力振幅，因此可將較低頻率用於接觸致動器，以將給定功率施加於基板。和壓力波轉換器一樣，接觸致動器可以從約1Hz至約100Hz的頻率循環，例如約10Hz，頻率在處理期間可改變。與聲波情況一樣，頻率模式可在兩個致動器之間同步或非同步變動。
在606中，裂痕穿過每一多孔層而形成。裂痕是由於向基板施加機械能以使得範本基板的每一個主表面上的多孔性材料產生破裂而形成的。裂痕可為穿過多孔層的連續裂痕，或可產生數個不連續的裂痕。如果產生連續的裂痕，則外延層可從多孔層分裂開。如果不產生連續的裂痕，則可利用不連續的裂痕通過施加中等的分離力以將外延層從多孔層分裂開。例如，可將靜態固定器施加於外延層，並且可在外延層上產生分離力。然後，可將上述種類的機械能引導至基板，同時也將分離力施加於基板。分離力可減少將外延層從範本基板上分裂開所需的機械能的量。由此，施加於範本基板的機械能可為固定成分與變化成分的組合。
在608中，每一外延層從範本基板脫離。一般通過將基板固定器附著於每一外延層並且去除所述外延層來使外延層脫離。可通過附著於外延層的一個固定器使範本基板穩定，同時去除另一外延層。在這個實施方式中，可將一個外延 層去除至台架或處理位置，並且可在去除第二外延層的同時將用以去除外延層的基板固定器重新附著於範本基板以穩定所述基板。或者，可通過邊緣夾具穩定範本基板，同時去除兩個外延層。
在610中，從每一外延層去除任何多孔殘餘物，以形成外延基板。可通過化學方法、物理方法，或上述兩者的組合來去除多孔剩餘物。可通過平坦化及/或化學處理來去除多孔性材料，如暴露於氫電漿。
圖7A是根據一個實施方式用於執行圖6中的方法的分離設備700的示意性橫截面圖。設備700具有腔室702，所述腔室702包括處理空間704，在所述處理空間中安置有一或更多個基板708以進行處理。在圖7A的視圖中，三個基板708是可見的，但通過根據待同時處理的基板的數目與尺寸按比例縮放設備，設備700中可處理任何數目的基板。基板708可由基座720固定，並且基座720可由邊緣支座706支撐，所述邊緣支座706可附著於腔室702的相對壁。
第一壓力波轉換器714安置在面對基板708的第一側面之處，並且第二壓力波轉換器716安置在面對基板708第二側面之處，所述基板708第二側面與第一側面相對。壓力波轉換器714、716在腔室702內產生壓力波，例如聲音或其他聲波波場。轉換器將壓力波引導向由基座720支撐的基板708。可使用流體充填腔室702，所述流體經選擇以高度傳輸由轉換器714、716所產生的壓力波。轉換器714、716大體能夠產生在約1W與約2000W之間的功率水平下具有約1kHz與約2000 kHz之間的頻率的壓力波。可將流體經由流體入口管710提供至腔室702，並且經由流體出口管712從腔室去除流體。在一個實施方式中，轉換器714是可去除的，以便具有基板的基座可安置在邊緣支座706上，並且可從邊緣支座706處去除。在另一實施方式中，轉換器714是可移動的，例如是鉸鏈連接，以允許進出腔室702。
在一些實施方式中，用於傳輸壓力波的流體可包括分裂助劑，如蝕刻劑。蝕刻劑可以低濃度存在，所述濃度足以加快多孔性材料中裂痕的產生速度。這種流體的一個例子是HF在水中或乙醇中的低強度溶液。流體自身將壓力波高效地傳輸至基板，並且HF可充當蝕刻劑以加快外延層從多孔層的分裂速度。
圖7B是根據另一實施方式的分離設備730的示意性側視圖。可通過使用設備730來執行圖6的方法。腔室732包括基板支座736，並且具有致動器744，所述致動器在與致動器軸平行的方向上移動基板支座736。基板738可安置在基板支座736的基板支撐表面上。
接觸致動器734安置在與基板支座736相對之處。接觸致動器734具有接觸表面740，所述接觸表面接觸基板738的表面。接觸表面740可將夾持力施加於基板738，如真空或靜電力。夾持力的來源742將夾持力提供至接觸表面740。來源742可為真空源或用以提供靜電夾持力的電源。
接觸致動器734也可具有從接觸致動器734周邊伸出的護罩746。對於通過將真空施加於基板而起作用的接觸致動 器，當接觸表面740與基板738接觸時，護罩746可與基板支座736的支座表面接合以便於維持接觸表面740周圍的真空。護罩746圍繞基板738的各個側，在護罩與支撐表面及基板738之間有一間隙，所述間隙控制氣流以小於來源742的容量的速率到達接觸表面740，以便維持真空。
機械應力來源743耦接至接觸致動器734以經由接觸致動器734將機械應力傳輸至基板708。機械應力來源743可為真空循環控制器，所述循環控制器使來源742循環以改變真空向接觸表面740的施加。或者，機械應力來源743可為壓電致動器或電容式力致動器，上述兩者可快速循環以在較寬頻率範圍中產生變化的及/或循環性的機械應力。
圖7C是根據另一實施方式的分離設備750的示意性側視圖。可通過使用分離設備750來執行圖6的方法。腔室732包括第一接觸致動器734與第二接觸致動器737，其中每一致動器分別具有接觸表面740與756。每一接觸表面740與756可為真空薄膜，如上所述。通過使用邊緣支座754來支撐基板708，所述邊緣支座754可從腔室732的壁處由壁支座752得到支撐。壁支座752可經致動以橫向移動。在壁支座752縮回時，邊緣支座754可分成多個物件，以便基板708從邊緣支座754脫離。可將基板搬運機器人(未圖示)插入腔室732中基板708下方的位置以與基板接合。在邊緣支座754縮回時，基板708可由此停留在基板搬運機器人上，以便經由狹縫閥或類似的常用方式從腔室732中移走。真空表面740與756耦接至各自的真空源742與744，並且接觸致動器734與737可耦接至線性致動 器以使接觸致動器734、737沿所述接觸致動器的軸移動。
或者，邊緣支座754可為多個臂，所述臂從腔室側面伸出以與基板708的邊緣接合。每一臂可具有為V形輪廓、U形輪廓，或任何便利的輪廓的末端執行器，以用於與基板708的邊緣接合。臂可縮回以釋放基板以便從腔室中移走基板，或臂可伸長以與基板接合並且固定基板以進行處理。
本文述及之接觸致動器可使用循環運動以便於外延層從多孔層上分離。可將循環拉力施加於接觸致動器以將重複應力施加給基板。可選擇重複應力的振幅和頻率以優先地使多孔層疲勞和破裂。
圖7D是根據另一實施方式的分離設備770的示意性橫截面圖。分離設備770在許多方面類似於圖7C中的分離設備750。最明顯的是，基板708由邊緣支座772支撐，並且同時或連續地處理基板708的兩個主表面。第一分離致動器774處理基板708的第一側面，並且第二分離致動器776處理基板708的第二側面。除了處理基板的相對側之外，所述兩個分離致動器774/776在主要方面基本相同。
分離致動器774/776中的每一者具有耦接至真空源776的真空頭782。真空頭782具有真空施放裝置784，所述真空施放裝置固定在真空頭782的凹槽786中。真空施放裝置784的邊緣安置在圍繞真空施放裝置784圓周的凹槽786中。凹槽786形成與真空施放裝置784的真空密封，並且界定自基板708起與真空施放裝置784相對的真空氣室790。真空施放裝置784可為多孔構件，例如由多孔陶瓷材料製成的構件，以允許均 勻地施加真空。
真空頭782可包括橫向或徑向延伸離開凹槽786的止塊788。凹槽786向內打開，朝向分離設備770的中央區域，以允許與圍繞真空施放裝置784圓周的邊緣嚙合。止塊788從凹槽786的壁的相對側伸出。止塊788可經定位以與邊緣支座772在邊緣支座的內邊緣796處(在基板708上方)嚙合，以界定真空施放裝置784與基板708之間的間隙792。間隙792阻止與基板708表面接觸(基板表面上可能形成有較薄的外延層)，並且允許在基板708的表面上方維持真空。氣體經由間隙792流經基板表面，經由真空施放裝置784流入真空氣室790，並且經由真空源776的排氣管(未圖示)流出。基板708與真空施放裝置784之間的空隙通常為約100μm或更小。使用如真空頭782的無接觸真空頭允許使用最小力使外延層從基板708脫離。一旦脫離，則外延層通過吸力附著於真空頭，並且可傳輸外延層以進行後續處理。
可使用設備770的真空頭782將循環力或變動力施加給基板。可根據所需頻率及/或模式脈衝施加真空壓力，及/或可在軸向上致動真空頭782以改變力。真空頭782可分別由線性致動器758/760致動，所述線性致動器可為任何便利類型的線性致動器。線性致動器758/760也可用以將真空頭782移離基板708以便使基板708進入和退出分離設備770。一或更多個致動器794也可耦接至邊緣支座772以及使邊緣支座772與基板708邊緣嚙合並且使邊緣支座772從基板708邊緣松脫。
雖然分離設備770中為了簡便起見圖示單個基板，但 分離設備770可經配置以同時處理多個基板。基板可利用多個橫向安置的基板位置而安置在基座中，例如圖7A中的基座720。真空頭782同樣可具有多個真空施放裝置784以與基座中的基板的配置匹配。真空施放裝置784可共用一共同的真空氣室790以平衡基座中的基板上的負荷。
圖8A-8C是基板800處於方法100、方法200、方法400、和方法600中多個階段的橫截面視圖。在圖8A中，基板800可為範本基板，並且基板800在基板800的每一主表面上形成有多孔層802。在圖8B中，外延層804已形成於兩個多孔層802上。在圖8C中，外延層804已與多孔層802分離。多孔材料808的較薄殘餘物仍然留在外延層804上，並且多孔層802的粗糙表面806顯示穿過多孔層802的裂痕的形狀，所述裂痕導致外延層804的分離。如上所述，可經由平坦化或經由如氫電漿暴露的化學製程而從外延層上去除多孔殘餘物。
圖9A-9F是處於方法100、方法200、方法400、和方法600中多個階段的基板900的橫截面視圖。在圖9A中，第一多孔層902形成於基板900的至少兩個主表面上。基板900可為範本基板。在圖9B中，外延層904已經形成於在基板900的兩個主表面上的第一多孔層902上。第二多孔層可形成在第一多孔層902與外延層904之間。在基板的每一表面上形成兩個多孔層對促進所需位置或層處的分離十分有用。例如，第一多孔層902和第二多孔層可具有不同的孔隙率。例如，第一多孔層902可為高密度或低孔隙率層，並且第二多孔層可為低密度層。
在圖9C中，已將保護層906應用於基板，從而覆蓋外延層904。可提供保護層906以允許在不損害外延層904的情況下接觸搬運外延層904。保護層906可為能在大體上不改變外延層904的情況下方便地塗覆及去除的任何材料。例子係包括帶材(所述帶材可通過使用粘合劑或通過熔化而塗覆)、凝膠、石蠟、聚合物、硬模、玻璃和陶瓷等其他材料。
在圖9D中，基板已經受橫向分離處理(如劃線或切割處理)以使外延層904與保護層906橫向地從基板的邊緣部分912分開，以便可在從第一多孔層902分離之後去除外延層904。圖9D中的分離處理可為機械劃線處理，如鋸切處理，例如通過使用金剛石鋸或噴水口進行，或圖9D中的分離處理可為輻射劃線處理，如鐳射劃線處理。圖9D中的橫向分離處理產生穿過保護層906與外延層904的開口908，所述開口界定保護層906與外延層904的去除部分910。開口908可為凹槽，並且開口深度可小於保護層906與外延層904的聯合厚度，以避免對基板900表面造成任何損害。應注意，如有需要，可在不使用保護層的情況下使用橫向分離。例如，如上述及之橫向分離可結合方法600得以實施，並且可在執行分離前施加於圖8B中圖示的基板，以產生圖8C中圖示的基板與外延層。
在圖9E中，基板900的第一主表面上的去除部分910已經分離，外延層904已從第一主表面上的多孔層902分離。在圖9F中，基板900的第二主表面上的去除部分910同樣已經分離。所述兩個去除部分910可連續去除，如圖9E和圖9F中所圖示，或所述兩個去除部分910可同時去除。在上文中結合方 法600描述同時與連續去除的方法。也結合方法600描述，並且可使用機械方法或化學方法而去除已與外延層904分離的多孔材料。如有需要，可在回收基板之前去除殘留在基板900上的第一多孔層902。或者，基板900可與第一多孔層902一起被回收。例如，在其兩個主表面上形成有低孔隙率層的範本基板可經受形成多孔層的處理，如結合方法200所描述。通過將基板暴露於電解質達足以使多孔層增厚的時間，可將低孔隙率層轉變為高孔隙率層，並且新的低孔隙率層可在高孔隙率層之下形成。然後，以此方式製備的基板可經受方法400與600以產生圖9A-9F中描述的結果。第一多孔層902可具有在約5%與約25%之間的孔隙率，而安置在第一多孔層902與外延層904之間的第二多孔層則可具有在約50%與約80%之間的孔隙率。
在連續分離的情況下，如圖9A-9F中所圖示，範本基板900的兩個表面上的多孔層可具有不同的孔隙率、密度，及/或厚度以便於進行連續的分離處理。在圖9E中，與基板900的第二側面上的第二低孔隙率層902B相比，基板900的第一側面上的第一低孔隙率層902A可具有較高孔隙率和較低密度。第二低孔隙率層902B也可具有比第一低孔隙率層902A更大的厚度。層902、902A、902B的厚度一般在約100μm與約1mm之間。
對於連續分離而言，可將接觸致動器應用於基板的第一側面，而將靜態固定器應用於基板的第二側面。然後，可對接觸致動器通電以將機械應力施加於基板的第一側面。 如果在第一分離中更靠近接觸致動器的低孔隙率層902A的孔隙率高於低孔隙率層902B的孔隙率，則可選擇接觸致動器的功率輸入，使得在裂痕沿基板900的第二側面產生之前，裂痕將先沿基板900的第一側面產生。以此方式，外延層904可連續地從基板900分離。
在將外延層904從基板900分離之後，通過接觸致動器的動作或通過將基板搬運機應用於分離的外延層，來使接觸致動器掉電並且去除已分離的外延層904。然後，可將靜態固定器應用於基板900的第一側面，所述第一側面不再具有外延層，並且可將接觸致動器應用於基板900的第二側面，所述第二側面上仍形成有外延層904。然後，可對接觸致動器通電以將機械應力施加於基板900的第二側面。因為低孔隙率層902B的孔隙率低於低孔隙率層902A的孔隙率，因此當從基板900的第二側面分離外延層904時，對接觸致動器的功率輸入可高於從第一側面分離外延層時的功率輸入。
圖10A-10C是根據另一實施方式經受分離處理的基板的側視圖。在圖10A中，基板1000在其至少兩個主表面上形成有多孔層1002，所述基板1000可為範本基板。外延層1004形成於多孔層1002上。保護層1006形成於外延層1004上。保護層提供用於在從基板1000分離之後搬運外延層1004的接觸表面。通過使用如保護層1006的保護層，與外延層1004的直接接觸並且由這種接觸導致的潛在損害減到最少。保護層可為易於去除的任何材料。如聚合性材料或非晶材料的含碳材料可用於一些情況中。保護層1006可沉積在、施加於，或附 著於外延層1004。保護層1006可為帶材材料，所述帶材材料可通過使用粘合劑或通過將帶材全部熔化或部分熔化而施加。
圖10B是施加有多孔層1002、外延層1004、和保護層1006的基板1000的側視圖。接觸致動器1008和1010配置為使得各個接觸表面1012、1014與保護層1006接觸。基板1000由此準備好通過由接觸致動器施加機械應力而將外延層1004從多孔層1002機械分離。保護層1006為將從多孔層1002分離並隨後移至其他站以進行進一步處理的外延層1004提供抗損害搬運表面。可用機械方法或化學方法去除保護層1006。在帶材實施方式中，可將保護層1006剝離外延層以留下外延基板。如果需要，則可施加熱以軟化任何粘合劑並且減輕去除帶材所需的剝離力。或者，可使用選擇性的化學物質來蝕刻保護層。
圖10C是在另一處理實施方式中的基板1000的側視圖，所述實施方式的特徵是在基板1000的兩個主表面上將連續的保護層1016施加於多孔層1002和外延層1004上。連續保護層1016可以是連續的帶材，其中多個範本基板夾在兩個帶材層之間。在這個實施方式中，可通過將帶材穿過多個處理站來處理接續的範本基板。
圖11A是根據一個實施方式用於製造外延基板的設備1100的示意側視圖。設備1100可受益於圖10C中所示的連續保護層。具有本文述及之層(如多孔層及外延層)的範本基板1102定位在台架位置1104。連續的保護層1106通過分配器 1108沿範本基板1102的每一個主表面配置，所述分配器可為滾子，如箭頭1110所指示。一旦施加於基板1102，連續保護層1106額外用以運輸基板1102通過設備1100的多個處理階段。施放裝置站1112可用以將連續的保護層1106粘合至基板1102的兩個主表面，例如通過將連續的保護層1106壓按在基板1102上。施放裝置站1112可具有塗刷器類型的晶片層壓機。
連續的保護層1106的厚度可在約10μm與約2mm之間。連續的保護層1106可為具有抗酸性的材料，所述酸如HF，並且連續的保護層1106可為紫外線可剝型帶材，所述帶材具有可通過暴露於紫外線而剝落的粘合劑。連續的保護層1106可在保護層的一側或兩側上具有粘合劑，如面對基板1102的一側和背對基板1102的一側。連續保護層1106可粘合在基板1102的邊緣處，從而有效地將基板1102密封隔開環境，直至後續處理改變連續保護層1106。
可通過圍封基板1102的連續保護層1106的運動而將基板1102運輸至橫向分離站1114。橫向分離站1114可具有邊緣寫入器1116，所述邊緣寫入器界定將從範本基板1102分離的外延基板的邊界。邊緣寫入器可為機械或輻射裝置，如上所述。然後，可將基板1102移至層分離站1118。層分離站1118可具有接觸致動器1120，所述接觸致動器施加機械應力以將外延層從基板1102分離。然後，層去除站1122可去除已從基板1102分離的外延層。層去除站1122可為多面旋轉拾取工具1124，所述拾取工具安置在基板1102每一側面鄰近處，以便 拾取工具1124的連續面通過拾取工具1124的旋轉而與連續基板接觸。去除工具1126可用以從拾取工具1124上去除基板以進行後續處理。
在外延基板從範本基板1102分離及去除之後，可將範本基板1102送至保護層脫離站1128。脫離站1128可施加輻射，如熱輻射或紫外線，可接觸仍接合在基板1102周邊處的保護層1106，並且可將剝離力或分離力施加於殘餘保護層1106。在一個實施方式中，脫離站1128是剝落保護層1106的紫外線輻射站。然後，保護層1106縮回在接受器1130上，所述接受器可為滾子，安置在基板1102的每一側面上。然後，基板1102可經送至回收站1132以進行任何準備以便回收至層成型器(layer formation)內。回收站1132可為多孔性材料去除站、基板清潔站，及/或表面製備站。多孔性材料去除站可為如研磨站的機械清潔站，或如濕法清潔、乾法清潔、電漿清潔、蝕刻，或電漿蝕刻站的化學清潔站。
在回收站1132中進行處理之後，基板1102在返回保護層施加階段之前開始進行層成型處理。在回收站1132中進行處理之後，如有需要，則範本基板1102可佔據回收基板台架位置1138。範本基板1102可路由至多孔層成型站1134，所述成型站可為結合圖2和圖3描述的實施方式中任一成型站。然後，基板1102可送至外延站1136以用於外延層在基板1102兩側上的成型。外延站1136可為結合圖4和圖5A-5C描述的實施方式中任一外延站。由此，設備1100是連續的外延基板生產設備。
圖11B是圖11A中設備的一部分的頂視圖。圖11B中可見的設備1100的部分是從台架位置1104到回收基板台架位置1138的部分。在圖11B的視圖中，很顯然，可通過為設備1100提供橫向範圍以容納所需數目的基板1102，來使多個基板1102可在設備1100的每一階段中得到同時處理。連續的保護層1106也具有包含正在同時處理的全部基板的橫向範圍。可提供多個基板去除工具1126以處理多個基板，所述多個基板由層去除站1122拾取。
可使用本文述及之設備和方法中的任何者以一種方式處理基板，此方式在基板周邊的周圍產生邊緣排除部分。可使用將基板邊緣大體上隔開處理環境的邊緣夾具。或者，或額外地，可將遮罩層施加於基板一側或基板兩側上的基板邊緣，以將邊緣隔開處理。邊緣排除可通過為不會成為裝置或最終產品的部分的基板提供搬運區域而提供基板搬運的優勢。
在一些實施方式中，將外延基板從範本基板剝落所需要的力可在區分待剝落基板的邊界的程序中降至最低。如本文中其他地方所描述，可通過劃線處理區分基板，所述劃線處理可為機械處理或非機械處理。鋸切、鐳射劃線、電子射束劃線和類似處理是示例性方法。劃線一般在外延表面中產生溝槽或凹槽，以便於將外延層從範本基板分離。溝槽可具有任何深度，但通常為從外延層厚度的約10%至約200%。當通過使用基於能量的方式以形成溝槽時，穿透外延層整個厚度進行劃線，例如從外延層厚度的約100%至200%進行劃線 ，可將外延層至少部分地焊接至範本基板，從而增加剝離力。因此，在使用基於能量的劃線方法的一些實施方式中，溝槽可具有外延層厚度的約50%與約95%之間的深度。在一個實施方式中，溝槽深度是外延層厚度的95%。
額外地，在一些實施方式中，可通過在剝落處理期間彎曲基板來便於剝落。將其上形成有外延層的範本基板彎曲在多孔層與外延層之間產生切力，從而促進外延層的去除。已經發現，對於具有156mm x 156mm尺寸和50-75μm厚度的外延層，在剝落期間彎曲範本基板達100-300μm由於在剝落介面產生切力而減少剝落力。
通過使用本文述及之製程與方法，能製造具有任意尺寸的、獨立的、大體上的單晶半導體基板。在使用本文所述方法與設備時對此種基板的可用尺寸極限僅源於用以製造所述基板的設備尺寸。因為未使用較大單晶錠塊，因此本文描述的基板並不受可用晶錠的尺寸的限制，且無需用極大的晶錠來獲得較大基板。可通過選擇支援所需尺寸的範本基板並且通過適當決定處理設備的尺寸，來將外延基板製造為基本上任何所需形狀與尺寸。可形成大體上為矩形的外延基板，所述外延基板具有在約0.1m與約2m之間的第一尺寸，及在約0.1m與約2m之間的第二尺寸。例如，在一個實施方式中，外延基板可通過使用具有125mm x 125mm、156mm x 156mm、160mm x 160mm，或165mm x 165mm尺寸的範本基板形成。應用本文述及之邊緣排除尺寸產生尺寸為120mm x 120mm，最大約164mm x 164mm(不限定於正方形尺寸)的外 延基板。可根據本文述及之方法與設備所獲得的半導體材料外延基板根據所需設計而可具有多邊形狀(任何所需數目的邊)、圓形、橢圓形，或不規則形狀。
在一個方面中，形成外延半導體基板的方法包括在半導體基板的兩個主表面上形成多孔層，在每一多孔層上形成外延層，通過形成穿過多孔層的裂痕而將外延層從基板分離，並且清潔分離的外延層。外延層可通過同時將多孔層暴露於前驅氣體混合物而形成。可通過將機械能穿過外延層引導至基板來使外延層從基板分離。多孔層可通過在半導體基板兩個主表面中形成孔隙而形成。基板可安置在電解液中，並且可將電勢施加於電解液。電勢的極性可在孔隙成型期間反轉。可通過使用邊緣夾緊基座將半導體基板定位在處理腔室中並且使前驅氣體混合物流經半導體基板的兩個主表面，來將多孔層同時暴露於前驅氣體混合物。可在形成外延層之前密封多孔層。機械能可為循環壓力，可通過聲能轉換器遠端施加所述機械能，或由接觸致動器施加所述機械能。
在另一方面中，處理半導體基板的方法包括：在半導體基板的兩個主表面中形成孔隙以在半導體基板的每一主表面上形成多孔層；使多孔層光滑；在每一多孔層上形成外延半導體層；將半導體基板浸沒在流體媒體中；經由流體媒體將壓力波引導至外延層，所述流體媒體可具有蝕刻劑；形成穿過多孔層的裂痕；和將外延層從多孔層分離。流體媒體可包括蝕刻劑。可同時將壓力波引導至兩個外延層。每一多孔層可為具有第一層與第二層的雙層，所述第一層具有第一 孔隙率，並且所述第二層具有不同於第一孔隙率的第二孔隙率。當第二層在第一層上形成時，或當第二層靠近外延層時，第一孔隙率可小於第二孔隙率。
可同時將壓力波引導至兩個外延層，並且可選擇可變化的壓力波頻率以使耦合至多孔層的能量最大化。可利用在約300W與約2000W之間的功率將壓力波引導至每一外延層。外延層可包括形成於半導體基板第一側面上的第一外延層和形成於半導體基板第二側面上的第二外延層，並且經引導至第一外延層的壓力波可與經引導至第二外延層的壓力波同步。每一外延層可具有約50μm與約500μm之間的厚度。每一多孔層可具有約0.5μm與約2μm之間的厚度。
在另一方面中，用於分離基板的層的設備可包括：腔室，所述腔室可具有流體入口管與流體出口管；基板支座，所述基板支座可為安置在腔室中的邊緣支座及界定基板處理平面；和麵對基板處理平面的機械能來源。基板支座可為具有多個基板位置的基座，每一基板位置可包括邊緣夾具，並且所述基座可從腔室側壁得以支撐。
機械能來源可能為聲能轉換器，所述聲能轉換器可具有壓力波發射器與壓力波檢測器；並且機械能來源可包括機械能的第一來源和機械能的第二來源，所述機械能的第一來源安置在面對基板處理平面的第一側面之處，並且所述機械能的第二來源安置在面對與第一側面相對的基板處理平面的第二側面之處。機械能來源可為安置在基座相對側上的一對聲能轉換器，並且每一聲能轉換器可包括壓力波發射器和 壓力波檢測器。
在具有機械能的第一來源和機械能的第二來源的一實施方式中，機械能的第一和第二來源中的每一者可為通過接觸表面接觸基板及通過接觸表面向基板施加均勻的機械應力的接觸致動器。每一接觸致動器可為真空施放裝置、壓電致動器，或電容式致動器。控制器可耦接至每一接觸致動器以用於按約0.5Hz與約100Hz之間的頻率循環機械應力。
在另一方面中，用於分離基板的層的設備可包括：腔室；界定基板處理平面的基板支座；第一接觸致動器，具有面對基板處理平面的第一基板接觸表面；第二接觸致動器，具有面對基板處理平面的第二基板接觸表面，及安置在與第一接觸致動器的基板處理平面相對之處；第一機械應力來源，耦接至第一接觸致動器；和第二機械應力來源，耦接至第二接觸致動器。第一和第二基板接觸表面可為真空施放裝置，每一基板接觸表面可為多孔陶瓷部件或柔性構件，並且可流體耦接至真空源。每一機械應力來源可為真空泵、壓電致動器，或電容式致動器。對於真空泵實施方式而言，可提供控制器以按約0.5Hz與約100Hz之間的頻率循環每一真空泵。
在另一方面中，用於形成獨立外延半導體基板的設備可包括：孔隙產生單元、外延單元、分離單元、清潔單元，和連接孔隙產生單元、外延單元、分離單元和清潔單元的輸送機。孔隙產生單元可包括儲罐、多個基板邊緣支座，和位於儲罐相對端部的電極。外延單元可包括：多個基板邊緣 支座，由框架耦接至旋轉致動器；前驅氣體分配器，沿框架的旋轉軸定向；和輻射熱源，圍繞框架的周邊分佈。分離單位可包括：腔室；安置在腔室中的用於一或更多個基板的支座，其中支座可為附著於腔室側壁的突出部分，並且可界定基板處理平面；和麵對基板處理平面的機械能來源。清潔單元可為濕法清潔單元。
外延單元可具有：處理腔室，在處理期間，框架安置在所述處理腔室中；和裝載腔室，框架移至所述腔室以進行基板載入和卸載。前驅氣體分配器可具有多個開口，所述開口經定位以將前驅氣體引導至安置在多個基板邊緣支座中的每一基板的兩個主表面。機械能來源可為聲能轉換器，或一對聲能轉換器，所述聲能轉換器安置在基板處理平面的相對側。
在另一方面中，用於形成獨立外延半導體基板的設備可包括：第一輸送機，用於承載安置在基座中的範本基板；孔隙產生站，具有多個基座支座位置；第二輸送機，將孔隙產生站連接至外延站，外延站具有安置在處理腔室中的多個基座支座位置；第三輸送機，用於將外延站連接至層壓站，所述層壓站包括保護膜第一來源、與第一來源相對的保護膜第二來源，和用於將基板密封在保護膜中的封閉構件；橫向分離站，包括劃線裝置；層分離站，包括面對基板處理平面的兩個機械能來源；層去除站，包括兩個旋轉層去除裝置；和基板回收站，連接至第一輸送機。每一保護膜來源可為具有紫外線可釋放粘合劑的薄膜卷。橫向分離站可具有多個 劃線裝置，以用於同時劃線多個基板。每一旋轉層去除裝置可具有多個拾取頭，如真空頭，以用於與多個基板同時嚙合。每一機械能來源可為聲能轉換器。基板回收站可為濕法清潔站，並且設備也可具有紫外線處理站，以用於釋放保護膜。在具有聲能轉換器的實施方式中，每一聲能轉換器可具有控制器，以用於改變由聲能轉換器產生的壓力波的頻率和功率。橫向分離站可具有多個鐳射劃線裝置，以用於同時劃線多個基板。
雖然上述內容設計本實用新型的實施方式，但可在不背離本實用新型基本範圍的情況下設計本實用新型的其他及更多實施方式。
100‧‧‧方法
102‧‧‧步驟
104‧‧‧步驟
106‧‧‧步驟
108‧‧‧步驟
110‧‧‧步驟
112‧‧‧步驟

Claims (40)

  1. 一種用於分離一基板的層的設備，該設備包括：一腔室；一基板支座，安置在該腔室中，並且界定一基板處理平面；和一機械能來源，面對該基板處理平面。
  2. 如請求項1述及之設備，其中該機械能來源是一聲能轉換器。
  3. 如請求項1述及之設備，其中該基板支座是一邊緣支座，該機械能來源是一機械能的第一來源，安置在面對該基板處理平面的一第一側面之處，並且進一步包括一機械能的第二來源，安置在面對該基板處理平面的與該第一側面相對的一第二側面之處。
  4. 如請求項1述及之設備，其中該基板支座是具有多個基板位置的一基座。
  5. 如請求項4述及之設備，其中該基板位置中每一位置包括一邊緣夾具。
  6. 如請求項5述及之設備，其中該基座從該腔室的一側壁得以支撐。
  7. 如請求項5述及之設備，其中該機械能來源是一聲能轉換器，包括一壓力波發射器和一壓力波檢測器。
  8. 如請求項5述及之設備，其中該機械能來源為一對聲能轉換器，安置在該基座相對側，並且每一聲能轉換器包括一壓力波發射器和一壓力波檢測器。
  9. 如請求項3述及之設備，其中該機械能的第一來源和該機械能的第二來源中的每一來源都是一接觸致動器，該接觸致動器通過一接觸表面接觸一基板，並且通過該接觸表面向該基板施加一均勻的機械應力。
  10. 如請求項9述及之設備，其中該每一接觸致動器是一真空施放裝置、一壓電致動器或一電容式致動器。
  11. 如請求項10述及之設備，該設備進一步包括一控制器，該控制器耦接至每一接觸致動器以用於按約0.5Hz與約100Hz之間的一頻率循環該機械應力。
  12. 如請求項11述及之設備，其中該腔室包括一流體入口管和一流體出口管。
  13. 一種用於分離一基板的層的設備，該設備包括： 一腔室；一基板支座，界定一基板處理平面；一第一接觸致動器，具有面對該基板處理平面的一第一基板接觸表面；一第二接觸致動器，具有面對該基板處理平面的一第二基板接觸表面，並且安置與該第一接觸致動器的該基板處理平面相對之處；一第一機械應力來源，耦接至該第一接觸致動器；和一第二機械應力來源，耦接至該第二接觸致動器。
  14. 如請求項13述及之設備，其中該第一基板接觸表面和該第二基板接觸表面是真空施放裝置。
  15. 如請求項14述及之設備，其中每一真空施放裝置是一多孔陶瓷部件。
  16. 如請求項15述及之設備，其中該第一機械應力來源與該第二機械應力來源的每一個是一真空泵。
  17. 如請求項16述及之設備，該設備進一步包括一控制器，該控制器用於按約0.5Hz與約100Hz之間的一頻率循環每一真空泵。
  18. 如請求項15述及之設備，其中該第一機械應力來源與該 第二機械應力來源的每一個是一壓電致動器。
  19. 如請求項18述及之設備，該設備進一步包括一真空源，該真空源流體耦接至每一真空施放裝置。
  20. 一種用於形成獨立的外延半導體基板的設備，該設備包括：一孔隙產生單元；一外延單元；一分離單元；一清潔單元；和一輸送機，連接該孔隙產生單元、該外延單元、該分離單元和該清潔單元。
  21. 如請求項20述及之設備，其中該孔隙產生單元包括一儲罐、多個基板邊緣支座和位於該儲罐相對兩端的一電極。
  22. 如請求項20述及之設備，其中該外延單元包括：多個基板邊緣支座，該基板邊緣支座由一框架耦接至一旋轉致動器；一前驅氣體分配器，沿該框架的一轉動軸定向；和一輻射熱源，該輻射熱源圍繞該框架的一周邊分佈。
  23. 如請求項20述及之設備，其中該分離單元包括：一腔室；安置在該腔室中用於一或更多個基板的一支座，其中該支 座界定一基板處理平面；和一機械能來源，面對該基板處理平面。
  24. 如請求項20述及之設備，其中該清潔單元包括一濕法清潔單元。
  25. 如請求項22述及之設備，其中該外延單元進一步包括：一處理腔室，在處理期間，該框架安置在該處理腔室中；和一裝載腔室，該框架移至該裝載腔室以進行基板載入和卸載。
  26. 如請求項25述及之設備，其中該前驅氣體分配器包括多個開口，該開口經定位以將前驅氣體引導至安置在該多個基板邊緣支座中的每一基板的兩個主表面。
  27. 如請求項23述及之設備，其中該支座是附著於該腔室的一側壁的一突出部分。
  28. 如請求項27述及之設備，其中該機械能來源是一聲能轉換器。
  29. 如請求項28述及之設備，其中該機械能來源是一對聲能轉換器，該聲能轉換器安置在該基板處理平面的相對側。
  30. 一種用於形成獨立的外延半導體基板的設備，該設備包括：一第一輸送機，用於承載安置在一基座中的範本基板；一孔隙產生站，具有多個基座支座位置；一第二輸送機，將該孔隙產生站連接至一外延站，該外延站具有安置在一處理腔室中的多個基座支座位置；一第三輸送機，用於將該外延站連接至一層壓站，該層壓站包括一保護膜的第一來源、與該第一來源相對的一保護膜的第二來源、和用於將一基板密封在該保護膜內的一封閉構件；一橫向分離站，包括一劃線裝置；一層分離站，包括兩個機械能來源，該來源面對一基板處理平面；一層去除站，包括兩個旋轉層去除裝置；和一基板回收站，連接至該第一輸送機。
  31. 如請求項30述及之設備，其中該保護膜的第一來源及該保護膜的第二來源的每一個是一滾子，並且該保護膜具有一紫外線可釋放粘合劑。
  32. 如請求項30述及之設備，其中該橫向分離站具有多個劃線裝置以用於同時劃線多個基板。
  33. 如請求項30述及之設備，其中每一旋轉層去除裝置具有 多個拾取頭，以用於與多個基板同時嚙合。
  34. 如請求項30述及之設備，其中該每一機械能來源是一聲能轉換器。
  35. 如請求項30述及之設備，其中該基板回收站是一濕法清潔站。
  36. 如請求項31述及之設備，其中該每一機械能來源是一聲能轉換器。
  37. 如請求項36述及之設備，其中每一旋轉層去除裝置具有多個拾取頭，以用於與多個基板同時嚙合，並且每一拾取頭是一真空頭。
  38. 如請求項37述及之設備，該設備進一步包括一紫外線處理站以用於釋放該保護膜。
  39. 如請求項38述及之設備，其中每一聲能轉換器具有一控制器，以用於改變由該聲能轉換器產生的壓力波的頻率和功率。
  40. 如請求項39述及之設備，其中該橫向分離站具有多個鐳射劃線裝置，以用於同時劃線多個基板。
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