(57)【要約】【課題】多孔質層上に形成された半導体薄膜の半導体基体からの剥離を容易に制御し、剥離の工程において損傷の少ない高品質な半導体薄膜を得る方法及び装置を提供する。【解決手段】半導体基板を強制的に撓ませて基板保持部に固定し、基板内部に応力を蓄積させた状態で外部より多孔質層の端部に楔を押圧しながら摺動させる等により半導体薄膜を半導体基板より剥離する方法及び装置を用いる。半導体薄膜及び多孔質層の内部に応力が蓄えられた状態で外部より多孔質層の端部に局所的に圧力を加えると、多孔質層、又は多孔質層と半導体基板若しくは半導体薄膜との界面に蓄えられている内部応力が多孔質層の破砕に寄与し、多孔質層への楔等の加圧量を低減することができ、その結果、剥離による半導体薄膜の破損が少ない高品質な半導体薄膜を得ることができる。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板の表面に多孔質層を形成する工程と、前記多孔質層上に半導体薄膜を形成する工程と、前記半導体薄膜を前記半導体基板から剥離する工程とを少なくとも有し、
前記剥離する工程において、前記半導体基板を撓ませた状態で前記半導体薄膜を前記半導体基板から剥離することを特徴とする半導体薄膜の製造方法。
【請求項２】
前記剥離する工程において、半導体基板を撓ませる方向が、半導体薄膜に圧縮応力が発生する方向であることを特徴とする請求項１に記載の半導体薄膜の製造方法。
【請求項３】
前記剥離する工程において、半導体基板を撓ませて保持するために、真空吸着、静電吸着、磁気吸着のうちのいずれか一つを利用して半導体基板を湾曲した吸着面に吸着しておくことを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体薄膜の製造方法。
【請求項４】
前記剥離する工程において、多孔質層の破砕強度に応じて半導体基板の撓み量を変化させることを特徴とする請求項３に記載の半導体薄膜の製造方法。
【請求項５】
前記剥離する工程において、吸着面を有する可撓性の吸着部により上部を構成した真空引き可能な仕切室の前記吸着部上に半導体基板を載置し、半導体基板を前記吸着面に吸着させた状態で前記仕切室の内部圧力を変化させることにより半導体基板の撓み量の調整を行うことを特徴とする請求項４に記載の半導体薄膜の製造方法。
【請求項６】
前記剥離する工程において、楔を多孔質層端部に押圧することにより、半導体薄膜を半導体基板から剥離することを特徴とする請求項３から５のいずれかに記載の半導体薄膜の製造方法。
【請求項７】
前記剥離する工程において、楔を半導体基板の多孔質層端部に押圧しながら該多孔質層の端部に沿って摺動させることにより、半導体薄膜を半導体基板から剥離することを特徴とする請求項３から５のいずれかに記載の半導体薄膜の製造方法。
【請求項８】
前記剥離する工程において、楔加圧量を検出するセンサーを用い、該加圧センサー出力が所定の範囲になるように楔の加圧量と挿入量とを制御することを特徴とする請求項６又は７に記載の半導体薄膜の製造方法。
【請求項９】
前記剥離する工程において、多孔質層端部に向けて流体を噴射することにより、半導体薄膜を半導体基板から剥離することを特徴とする請求項３から５のいずれかに記載の半導体薄膜の製造方法。
【請求項１０】
前記剥離する工程において、半導体薄膜を吸引保持する半導体薄膜保持部により半導体薄膜を保持することを特徴とする請求項３から９のいずれかに記載の半導体薄膜の製造方法。
【請求項１１】
前記半導体薄膜保持部が、半導体薄膜との接触部分に、面内方向の剛性は高く、面内に垂直な方向には剛性が小さい緩衝部を有することを特徴とする請求項１０に記載の半導体薄膜の製造方法。
【請求項１２】
請求項１から１１のいずれかに記載の半導体薄膜の製造方法を含み、
前記多孔質層上に半導体薄膜を形成する工程と、前記半導体薄膜を前記半導体基板から剥離する工程との間に、半導体薄膜上に少なくとも半導体ＰＮ接合を形成する工程を有することを特徴とする薄膜半導体素子の製造方法。
【請求項１３】
少なくとも半導体基板の表面に形成された多孔質層上に半導体薄膜が形成されてなる剥離用ウエハから、前記半導体薄膜を剥離するための半導体薄膜の剥離装置において、
前記半導体基板を吸着保持するための基板保持部を備え、前記基板保持部の吸着面が湾曲凹面形状を有していることを特徴とする半導体薄膜の剥離装置。
【請求項１４】
少なくとも半導体基板の表面に形成された多孔質層上に半導体薄膜が形成されてなる剥離用ウエハから、前記半導体薄膜を剥離するための半導体薄膜の剥離装置において、
前記半導体基板を吸着保持するための基板保持部を備え、前記基板保持部の吸着面が可撓性の吸着部上に配されており、該吸着部を撓ませるための吸着部変形手段を有していることを特徴とする半導体薄膜の剥離装置。
【請求項１５】
更に、半導体薄膜を吸引保持する半導体薄膜保持部を備えたことを特徴とする請求項１３又は１４に記載の半導体薄膜の剥離装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体集積回路や太陽電池等の薄膜半導体素子の材料として好適に使用される半導体薄膜の製造方法及び剥離装置に関し、更に詳しくは、半導体基板の表面に形成された多孔質層上に半導体薄膜が形成された剥離用ウエハから前記半導体薄膜を剥離する方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体集積回路や薄膜太陽電池など半導体薄膜でデバイスを製作するのに供する半導体薄膜の製造方法として、半導体基板の表面に分離層となる多孔質層を形成し、その多孔質層の上に半導体薄膜を作った後、又は、更にその半導体薄膜の上に半導体ＰＮ接合を形成し、薄膜半導体素子を作った後、分離層である多孔質層を介して半導体基板から半導体薄膜又は薄膜半導体素子を剥離する方法が知られている。
【０００３】
例えば、キヤノン出願の特開平７−３０２８８９号公報（特許文献１）にはシリコン基板上に陽極化成によって多孔質層を形成し、その上にエピタキシャル成長法により薄膜半導体層を成長させたあと、化学エッチングにより半導体薄膜層を半導体基板より剥離する方法が開示されている。
【０００４】
また、ソニー出願の特開平８−２１３６４５号公報（特許文献２）には半導体基板の上に機械的強度の弱い分離層を形成し、その上に半導体薄膜で薄膜半導体素子層を形成したあと、半導体基板側および半導体薄膜側の両面に平板状のプレート冶具を接着し、両方の冶具を反対方向に引っ張ることで分離層を機械的に破砕し薄膜半導体素子形成層を半導体基板より分離する方法が開示されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平７−３０２８８９号公報
【特許文献２】
特開平８−２１３６４５号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来の技術では多孔質層上に形成した半導体薄膜あるいは薄膜半導体素子の剥離において、半導体基板側と半導体薄膜側に接着する平板冶具は、剛体あるいは可撓性が小さい平板での支持のため、剥離時に多大な力を必要としていた。その結果、利用すべき半導体薄膜の損傷による歩留の低下および再生して利用すべきシリコン基板の損傷によるコストアップという問題があった。
【０００７】
また、シリコン基板をプレートや冶具に固定するために接着剤を塗布し、硬化する工程が必要である。さらに、剥離したあとの半導体薄膜およびシリコン基板に貼着している平板を剥がし、残存する接着剤を半導体プロセス上問題ないまでに除去する工程も必要で、高価な材料が必要であり、さらに工程数も多く、生産性向上も難しく、歩留を低下させる要因となっていた。
【０００８】
本発明は半導体薄膜および半導体基板に損傷を与えることなく、半導体基板から簡易な方法で生産性良く、良質な状態で半導体薄膜を剥離する方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上述の課題を解決するために鋭意検討し、遂に本発明を完成させるに至った。
【００１０】
即ち本発明は、半導体基板の表面に多孔質層を形成する工程と、前記多孔質層上に半導体薄膜を形成する工程と、前記半導体薄膜を前記半導体基板から剥離する工程とを少なくとも有し、前記剥離する工程において、前記半導体基板を撓ませた状態で前記半導体薄膜を前記半導体基板から剥離することを特徴とする半導体薄膜の製造方法である。
【００１１】
半導体基板上に分離層となる多孔質層を形成し、その上に半導体薄膜を形成しその半導体薄膜を多孔質層から分離する際、半導体基板を撓ませて固定することで半導体薄膜および多孔質層の内部に応力を発生させ、この応力を蓄えた状態で半導体基体を保持固定する。この状態で、外部より多孔質層の端部に局所的に圧力を加えれば、多孔質層を外周部より少しずつ破砕し半導体薄膜を半導体基板から剥離することができる。半導体薄膜及び多孔質層の内部に応力が蓄えられた状態で外部より多孔質層の端部に局所的に圧力を加えると、多孔質層、又は多孔質層と半導体基板若しくは半導体薄膜との界面に蓄えられている内部応力が多孔質層の破砕に寄与し、少ない加圧量で良好に剥離できるようになる。そのため、多孔質層端部への加圧量を減少することができ、半導体薄膜や再利用する半導体基板への剥離時の損傷を減らすことができ生産性および歩留を向上させることができる。
【００１２】
このような本発明は、特に楔を多孔質層端部に押圧することにより半導体薄膜を半導体基板から剥離する場合、好ましくは楔を半導体基板の多孔質層端部に押圧しながら該多孔質層の端部に沿って摺動させることにより半導体薄膜を半導体基板から剥離する場合に、楔による半導体基板や半導体薄膜の損傷を防ぐことができる等、顕著な効果がある。
【００１３】
また、半導体基板を撓ませて固定するとき、多孔質層の破砕強度に応じて半導体基板の撓み量を変化させることで、多孔質層の破砕強度に合せて最適な圧縮応力が発生するように基板内部の圧縮応力を調節することもできる。
【００１４】
さらに本発明においては、半導体基板は吸着面に吸着させ、半導体薄膜は該半導体薄膜を吸引保持するための半導体薄膜保持部により保持することにより、半導体薄膜や半導体基板に接着剤を用いて治具を貼り付けることが不要となる。
【００１５】
また本発明は、少なくとも半導体基板の表面に形成された多孔質層上に半導体薄膜が形成されてなる剥離用ウエハから、前記半導体薄膜を剥離するための半導体薄膜の剥離装置において、前記半導体基板を吸着保持するための基板保持部を備え、前記基板保持部の吸着面が湾曲凹面形状を有していることを特徴とする半導体薄膜の剥離装置、及び前記半導体基板を吸着保持するための基板保持部を備え、前記基板保持部の吸着面が可撓性の吸着部上に配されており、該吸着部を撓ませるための吸着部変形手段を有していることを特徴とする半導体薄膜の剥離装置をも含むものである。
【００１６】
更に本発明は、上記半導体薄膜の剥離装置において、更に、半導体薄膜を吸引保持する半導体薄膜保持部を備えたことをその好ましい態様として含むものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら具体的な実施形態の説明を行うが、本発明はこれらの形態に限定されるものではない。
【００１８】
実施形態１〜３（楔剥離方式）
図１（ａ）から（ｃ）は、夫々本発明の楔による剥離方式を用いた実施形態１から３を示す概略図である。
【００１９】
図１（ａ）に示される実施形態１は、湾曲状にへこませた基板保持部１４の吸着面に剥離用ウエハ２１を真空吸着により吸着固定し剥離する方式である。
【００２０】
図１（ｂ）に示される実施形態２は、湾曲状にへこませた基板保持部１４の吸着面に静電吸着により剥離用ウエハ２１を吸着固定し剥離する方式である。
【００２１】
図１（ｃ）に示される実施形態３は、湾曲状にへこませた基板保持部１４の吸着面に電磁吸着により剥離用ウエハ２１を吸着固定し剥離する方式である。
【００２２】
まず、図１（ａ）に示される実施形態１の説明をする。
【００２３】
剥離用ウエハ２１は半導体基板１３の上に分離層となる多孔質層１２を陽極化成法により形成し、その上に気相または液相によるエピタキシャル成長法によって半導体薄膜１１を任意の厚さに形成した基板である。
【００２４】
半導体薄膜１１は、その上に半導体ＰＮ接合を形成し、薄膜半導体素子としておいても構わない。
【００２５】
基板保持部１４は高剛性の材料を用い、剥離用ウエハ２１を吸着する吸着面２０は湾曲状にへこませた形状にする。その吸着表面２０には吸引用の吸着溝２３が同心円状に設けてある。基板保持部１４の中央には貫通孔２２が設けてあり、一方は吸着溝２３につながり他方は回転ジョイント３４を介し外部の排気ポンプ１６に連結されている。剥離用ウエハ２１を基板保持部１４の上に半導体薄膜１１を上方に向けて設置し排気ポンプ１６で吸引すると剥離用ウエハ２１は基板保持部１４の吸着表面２０の湾曲面に沿って同様に湾曲し、撓んで吸着固定される。
【００２６】
図１のように、湾曲状にへこませた吸着面２０に半導体基板１３を吸着させることにより、撓んだ状態で吸着固定された剥離用ウエハ２１のウエハ内部にはウエハの中心方向に向かう圧縮応力が発生している。
【００２７】
発生する圧縮応力１７は半導体基板１３、多孔質層１２、半導体薄膜１１とそれぞれ各層の位置、厚み、密度、構造、境界条件等により一様ではない。また各層が接する境界部では両層の応力差がせん断応力ともなって境界部に蓄積される。
【００２８】
楔１５は剥離用ウエハ２１の多孔質層１２の端部に任意の圧力で加圧し接触させる。そして基板保持部１４をゆっくり回転させることで剥離用ウエハ２１を基板保持部１４と一緒に回転させる。こうして楔１５を多孔質層の端部に押圧しながら摺動することで、多孔質層１２の周辺部から少しずつ多孔質層１２の破砕を起こさせる。楔１５の加圧量と挿入量を精密に制御しながら剥離用ウエハ２１の中心部へと進めることで、半導体薄膜１１を半導体基板１３からウエハ全面で剥離させることが出来る。
【００２９】
剥離用ウエハ２１の内部に圧縮応力１７を蓄積させた状態で剥離することで、剥離の際の衝撃により剥される薄い半導体薄膜１１への損傷を減らすことができる。
【００３０】
また、剥離用ウエハ２１の内部に蓄積された圧縮応力１７やせん断応力は楔１５が多孔質層１２を破砕し始めると、半導体薄膜１１の剥離とともに徐々に開放され、その力が次の多孔質層１２の破砕力に寄与し剥離を促進させる。
【００３１】
そのため、ウエハ内部に圧縮応力やせん断応力を蓄積せずに剥離する場合に比べ、楔１５を多孔質層に押圧する加圧量が少なくて済む。よって剥離する半導体薄膜１１や剥離後に再利用する半導体基板１３に与える機械的な損傷が少なくなり、歩留、生産性を向上させることができる。
【００３２】
楔１５と剥離用ウエハ２１との加圧、摺動の関係はこれに限定されることはなく、楔１５が剥離用ウエハ２１の周囲を回転して摺動してもよい。また加圧も剥離用ウエハ２１の方が固定した楔１５に加えてもよい。
【００３３】
本形態においては、多孔質層１２の破砕強度に対応した圧縮応力１７の最適化は、吸着表面２０の曲率半径を変えることで調整することができる。
【００３４】
尚、本発明において半導体基板を撓ませる量の目安としては、厚さ０．２ｍｍ、大きさφ１５ｃｍ程度の単結晶シリコン基板を半導体基板として用いる場合に、吸着面の曲率半径が３．５〜５．６ｍ程度の湾曲とすることが挙げられるが、これに限られるものではない。また、吸着面の湾曲の形状については、一方向のみに曲率半径を有する曲面や、球面等が挙げられるが、多孔質層の端部に沿って楔を押圧させていく等により、周辺部から全体的に半導体薄膜を剥離していくためには、円形の半導体基板を使用し、球面状の湾曲面を吸着面とすることが好ましい。
【００３５】
次に図１（ｂ）に示される実施形態２の説明をする。
【００３６】
剥離用ウエハ２１は半導体基板１３の上に分離層となる多孔質層１２を陽極化成法により形成し、その上に気相または液相によるエピタキシャル成長法によって半導体薄膜１１を任意の厚さに形成した基板である。
【００３７】
半導体薄膜１１は、その上に半導体ＰＮ接合を形成し、薄膜半導体素子としておいても構わない。
【００３８】
基板保持部１４は高剛性の金属材料を用い、剥離用ウエハ２１を吸着する吸着面２０は湾曲状にへこませた形状をしている。その吸着表面２０には強誘電体材料２５が均一な厚みで設けてある。基板保持部１４の金属部と筐体間には静電吸着を発生させる直流電源１９が接続され電源の一方はアースに落としてある。剥離用ウエハ２１を基板保持部１４の上に半導体薄膜１１を上方に向けて設置する。剥離用ウエハの表面にはアース電極のブラシ３５が軽く接触する構成になっている。そのため直流電源が入ると強誘電体２５を挟んで剥離用ウエハ２１に静電吸引力が発生し、剥離用ウエハ２１は基板保持部１４の吸着表面２０の湾曲形状に沿って同様に湾曲に撓んで静電吸着で固定される。
【００３９】
図１のように、湾曲状にへこませた吸着面２０に半導体基板１３を吸着させることにより、撓んだ状態で吸着固定された剥離用ウエハ２１のウエハ内部にはウエハの中心方向に向かう圧縮応力が発生している。
【００４０】
発生する圧縮応力１７は半導体基板１３、多孔質層１２、半導体薄膜１１とそれぞれ各層の位置、厚み、密度、構造、境界条件等により一様ではない。また各層が接する境界部では両層の応力差がせん断応力ともなって境界部に発生している。
【００４１】
楔１５は剥離用ウエハ２１の多孔質層１２の端部に任意の圧力で加圧し接触させる。そして基板保持部１４をゆっくり回転させることで剥離用ウエハ２１を基板保持部１４と一緒に回転させる。こうして楔１５を多孔質層１２の端部に押圧しながら摺動することで、多孔質層１２の周辺から少しずつ多孔質層１２の破砕が起こさせる。楔１５の加圧量と挿入量を制御しながら剥離用ウエハ２１の中心部へと進めることで、半導体薄膜１１を半導体基板１３からウエハ全面で剥離させることが出来る。
【００４２】
剥離用ウエハ２１の内部に圧縮応力１７を生じさせた状態で楔１５を挿入して剥離すると、剥離の際の衝撃によって剥される薄い半導体薄膜１１への損傷を削減することができる。
【００４３】
また、剥離用ウエハ２１の内部に蓄積された圧縮応力１７やせん断応力は楔１５が多孔質層１２を破砕し始めると、半導体薄膜１１の剥離とともに徐々に開放され、その力が次の多孔質層１２の破砕力に寄与し剥離を促進させることになる。
【００４４】
そのため、ウエハ内部に圧縮応力やせん断応力を蓄積せずに剥離する場合に比べ楔１５を多孔質層に押圧する加圧量が少なくて済むことになる。よって剥離する半導体薄膜１１や剥離後に再利用する半導体基板１３に与える機械的な損傷が少なくなり歩留、生産性を向上させることができる。
【００４５】
楔１５と剥離用ウエハ２１との加圧、摺動の関係はこれに限定されることはなく、楔１５が剥離用ウエハ２１の周囲を回転して摺動してもよい。また加圧も剥離用ウエハ２１の方が固定した楔１５に加えてもよい。
【００４６】
本形態においても、多孔質層１２の破砕強度に対応した圧縮応力１７の最適化は、吸着表面２０の曲率半径を変えることで調整することができる。
【００４７】
次に、図１（ｃ）に示される実施形態３の説明をする。
【００４８】
剥離用ウエハ２１は半導体基板１３の上に分離層となる多孔質層１２を陽極化成法により形成し、その上に気相または液相によるエピタキシャル成長法によって半導体薄膜１１を任意の厚さに形成した基板である。
【００４９】
半導体薄膜１１は、その上に半導体ＰＮ接合を形成し、薄膜半導体素子としておいても構わない。
【００５０】
基板保持部１４は高剛性の軟磁性材料を用い、剥離用ウエハ２１を吸着する吸着面２０は湾曲状にへこませた形状にする。その吸着表面２０には溝が形成され、その中に電磁界を発生する励磁コイル１８が配設してある。励磁コイル１８は複数あってもよく、また、磁極が複数になってもよく、基板保持部１４の全体が能率よく電磁界を発生するように構成する。励磁コイル１８の両端は外部の励磁電源２６に接続され電力供給される。剥離用ウエハ２１を基板保持部１４の上に半導体薄膜１１を上方に向けて設置する。その剥離用ウエハ２１の上に強磁性材料で形成された磁気シートまたは薄い磁性板を重ね置きする。これらは予め帯磁させてあっても良い。励磁コイル１８に通電すると基板保持部１４から強力な電磁界が発生し、剥離用ウエハ２１上の磁気シートを吸引し剥離用ウエハ２１と伴に基板保持部１４の吸着表面２０に沿って湾曲に撓んで磁気吸着固定される。
【００５１】
図１のように、湾曲状にへこませた吸着面２０に半導体基板１３を吸着させることにより、撓んだ状態で吸着固定された剥離用ウエハ２１のウエハ内部にはウエハの中心方向に向かう圧縮応力が発生している。
【００５２】
発生する圧縮応力１７は半導体基板１３、多孔質層１２、半導体薄膜１１とそれぞれ各層の位置、厚み、密度、構造、境界条件等により一様ではない。また各層が接する境界部では両層の応力差がせん断応力ともなって境界部に発生している。
【００５３】
楔１５を剥離用ウエハ２１の多孔質層１２の端部に任意の圧力で加圧し接触させる。そして楔１５を多孔質層の端面に沿ってゆっくり剥離用ウエハ２１の周囲を回転させる。楔１５を多孔質層端面に押圧しながら多孔質層の端面に沿って摺動させることで、多孔質層１２の周辺から少しずつ多孔質層１２の破砕を起こさせる。楔１５の加圧量と挿入量を制御しながら剥離用ウエハ２１の中心部へと進めることで、半導体薄膜１１を半導体基板１３からウエハ全面で剥離させることが出来る。
【００５４】
剥離用ウエハ２１の内部に圧縮応力１７を生じさせた状態で楔１５を挿入し剥離することで、剥離の際の衝撃によって剥される薄い半導体薄膜１１への損傷を少なくできる。
【００５５】
また、剥離用ウエハ２１の内部に蓄積された圧縮応力１７やせん断応力は楔１５が多孔質層１２を破砕始めると、半導体薄膜１１の剥離と共に徐々に開放され、その力が次の多孔質層１２の破砕力に寄与し剥離を促進させる。
【００５６】
そのため、ウエハ内部に圧縮応力やせん断応力を蓄積せずに剥離する場合に比べ、楔１５を多孔質層に押圧する加圧量が少なくて済む。よって剥離する半導体薄膜１１や剥離後に再利用する半導体基板１３に与える損傷が少なくなり、歩留、生産性を向上させることができる。
【００５７】
楔１５と剥離用ウエハ２１との加圧、摺動の関係はこれに限定されることはなく、剥離用ウエハ２１が楔１５の周囲を回転して摺動してもよい。また加圧も剥離用ウエハ２１の方が固定した楔１５に加えてもよい。
【００５８】
本形態においても、多孔質層１２の破砕強度に対応した圧縮応力１７の最適化は、吸着表面２０の曲率半径を変えることで調整することができる。
【００５９】
実施形態４、５（圧縮応力の逐次可変方法）
図２（ａ）、（ｂ）は、本発明の半導体薄膜の製造方法の実施形態４、５を示す概略図である。（ａ）は実施形態４を示す図である。（ｂ）は実施形態５を示す図である。
【００６０】
これらの実施形態では、剥離用ウエハ２１の撓み量を随時可変とし、内部に発生する圧縮応力１７を調整することで、多孔質層１２の破砕強度のムラに素早く対応することができ、楔による良質な剥離が広い面積で可能となる。
【００６１】
まず、図２（ａ）に示される実施形態４の説明をする。
【００６２】
図２（ａ）において、密閉された仕切室３１の上方壁面（吸着部２７）は薄く構成され、仕切室内圧力を減圧すると大気圧により吸着部２７が撓むように構成されている。その薄い壁面である吸着部２７の外側に、吸着溝２３を同心円状に設ける。吸着溝２３は排気用の貫通孔２２を介して排気ポンプ１６−１に接続される。
【００６３】
また、仕切室３１は貫通孔２２を介して開閉バルブ２９に接合され、別の排気ポンプ１６−２に接続されている。同様にして大気との間に可変バルブ３０が接合される。仕切室３１内の圧力をモニターする圧力計２８も接合されている。
【００６４】
剥離用ウエハ２１を保持する際には、剥離用ウエハ２１を吸着溝２３の上に半導体薄膜１１を上方に向けて置き、排気ポンプ１６−１で排気し仕切室３１の上方壁面の表側の吸着表面２０に真空吸着させて固定する。そのあと、開閉バルブ２９を開き仕切室３１内を真空に排気する。すると仕切室３１の薄い上方壁面である吸着部２７が大気圧により剥離用ウエハ２１と一緒に撓んでくる。
【００６５】
可変バルブ３０と圧力計２８により仕切室内部の圧力は任意に可変となっており、吸引溝２３の排気系１６−１と仕切室３１の排気系１６−２は分離してあるため、撓み量を変化させる際、剥離用ウエハ２１の吸引力を低下させることなく剥離用ウエハ２１の撓み量を可変とすることができる。
【００６６】
このように剥離用ウエハ２１を任意な撓みを持たせた状態で吸着固定し、楔１５を多孔質層１２の端部に押圧しながら、剥離ウエハ２１の周辺を回転させる。これにより多孔質層１２の周辺から少しずつ多孔質層１２の破砕が起こる。楔１５の加圧量と挿入量を制御しながら剥離用ウエハ２１の中心部へと楔１５を進めることで、半導体薄膜１１を半導体基板１３からウエハ全面で剥離させることが出来る。
【００６７】
本形態では、多孔質層１２の強度のムラにより剥れ難い箇所では、仕切室３１内の圧力をさらに下げることで剥離用ウエハの撓み量を増やし、面内の圧縮応力１７を増加させることで楔剥離をより促進させることができる。
【００６８】
次に、図２（ｂ）に示される実施形態５の説明をする。
【００６９】
図２（ｂ）において、剥離用ウエハ２１を真空吸着する吸着部２７は実施形態４と同様に薄く構成され、その吸着面２０には吸着溝２３が同心円状に設けてある。吸着溝２３は排気用の貫通孔２２を介して排気ポンプ１６に接続されている。
【００７０】
本形態においては、吸着部２７の裏面にはエアシリンダー３２が接続されていて、吸着部２７の裏面を引っ張ることで吸着部２７を下方に歪ませる構成になっている。
【００７１】
剥離用ウエハ２１を保持する際には、剥離用ウエハ２１を吸着溝２３の上に半導体薄膜１１を上方に向けて置き排気ポンプ１６で排気し吸着表面２０に真空吸着させる。そのあと、エアシリンダー３２で任意の量だけ吸着部２７を引っ張ることで剥離用ウエハ２１を撓ませることができ、面内応力を最適化させることができる。この状態で楔１５を多孔質層１２の端部に押圧しながら、剥離ウエハ２１の周辺を回転させる。これにより多孔質層１２の周辺から少しずつ多孔質層１２の破砕が起こる。楔１５の加圧量と挿入量を制御しながら剥離用ウエハ２１の中心部へと楔１５を進めることで、半導体薄膜１１を半導体基板１３からウエハ全面で剥離させることが出来る。
【００７２】
本形態においても、多孔質層１２の強度のムラにより剥れ難い箇所では、剥離用ウエハの撓み量を増やし、面内の圧縮応力１７を増加させることで楔剥離をより促進させることができる。
【００７３】
また、吸着部２７の裏面を引っ張る方式は、張力を調整できるものであればエアシリンダー３２以外のものであってもよい。
【００７４】
実施形態６（楔剥離装置）
図３は本発明の半導体薄膜の製造方法を実施するための楔剥離装置の一実施形態を示す概略構成図である。
【００７５】
図４は図３に示す楔剥離装置の一部である半導体薄膜保持部３０３の要部を示す部分拡大図である。（ａ）は側面図である。（ｂ）は下面の一部を示す図である。
【００７６】
図３、４を参照しながら、楔剥離装置の具体的な構成を説明する。
【００７７】
図３に示す楔剥離装置は基板保持部３０１と半導体薄膜保持部３０３が共に真空吸着機構を備え、この両保持部により剥離用ウエハ３２２を上下より吸着保持して固定する。剥離用ウエハの向きは半導体薄膜３１７側を上方に向け半導体薄膜保持部３０３で吸着保持し、半導体基板３０２側を下方にし基板保持部３０１で吸着保持する。
【００７８】
基板保持部３０１は剛性が高く構成され、その吸着表面は湾曲状にへこんだ形状をしている。また、吸着表面には吸引用の溝が同心円状に設けてあり、その中心には回転軸を貫通する排気孔３２６があり、一方は基板保持部の吸着表面の溝とつながり、他方は軸内の排気孔３２６を通し回転シール部を介し排気ポンプに連結されている。
【００７９】
剥離用ウエハ３２２を基板保持部３０１に乗せ真空排気すると剥離用ウエハ３２２は基板保持部３０１の湾曲表面に沿って吸引される。これにより、剥離用ウエハ３２２は半導体基板３０２側にへこむ方向に撓んで吸着保持される。
【００８０】
撓んで保持された剥離用ウエハ３２２の内部には内部応力が発生し、半導体薄膜３１７には圧縮応力が発生する。半導体薄膜３１７に圧縮応力を溜めた状態で剥離用ウエハ３２２は保持される。
【００８１】
剥離用ウエハ３２２の内部に発生する内部応力は均一ではなく、形成相の位置による違いとともに半導体基板３０２、多孔質層３１６、半導体薄膜３１７と膜構造上の違いによっても大きな差を生じ、その差は境界面のせん断応力ともなって溜められる。
【００８２】
この剥離用ウエハ３２２の内部に溜められた応力が外側から加圧する楔に対しウエハ内部から剥離の促進に寄与する。そために楔の剥離用ウエハ３２２に加える楔加圧力を低減しても良好に剥離することができる。
【００８３】
基板保持部３０１の軸はベアリング３１２を介して筐体に接合されると共に、回転モータ３０５に連結され、基板保持部３０１をモータで回転駆動する構成になっている。回転モータ３０５はコントローラ３１１に接続され、回転モータ３０５を制御することで基板保持部３０１及び剥離用ウエハ３２２の回転駆動を制御する。
【００８４】
一方、半導体薄膜保持部３０３はベアリング３１３を介して筐体に接合され、軸回転と軸方向への上下移動が可能となっているが、駆動部はなく単独での回転はできず、吸着する剥離用ウエハ３２２の回転に従ってまわる構成である。軸の中心には排気用の貫通孔があり一方は排気ポンプに接合され他方は剥離用ウエハ３２２の半導体薄膜３１７側を吸着する半導体薄膜保持部３０３に通っている。基板保持部３０１に吸着固定され撓んだ剥離用ウエハ３２２の半導体薄膜３１７側の表面に沿って吸着する構成になっている。
【００８５】
また、半導体薄膜保持部３０３は上方向への張力が常に掛かるように圧縮バネが軸を押し上げるように設けてある、半導体薄膜３１７を吸着した後は半導体薄膜３１７を半導体基板３０２から剥がす方向の張力が常に掛かり剥離を促進する構成になっている。
【００８６】
半導体薄膜保持部３０３は剥離する半導体薄膜３１７が薄く弱いために楔で剥離する際の割れからの保護を目的に設けてある。
【００８７】
図４を用いて半導体薄膜保持部３０３の説明する。
【００８８】
剥離用ウエハ３２２の半導体薄膜３１７側に直接に接触し、真空吸着するのが吸着板３２４である、吸着板３２４の周辺は伸縮自由なベローズ３２３で構成され密着接合により機密性が保たれている。真空ポンプによる吸引は吸着板３２４に開けられた小さな吸着孔３２５により均一に分散するように構成される。吸着板３２４の厚みを薄くすることで吸着孔３２５の孔径をより一層小さくしても吸引コンダクタンスを劣化させることがなく、吸着面内に吸着孔３２５を緻密に分布させることができ且つ柔軟性が良くなる。そのため湾曲状にヘこんだ基板保持部３０１に吸着固定され剥離用ウエハ３２２と一緒に撓んでいる薄膜半導体膜３１７の表面に沿って良好に密着させて吸着保持することができる。よって剥離中の衝撃による薄膜半導体膜３１７の割れが少なくなる。
【００８９】
吸着板３２４およびベローズ３２３は薄い金属板または高分子樹脂の材料で構成され、面内方向への剛性は高く、面内に垂直な方向には剛性が小さくなるように構成される。剥離の際に半導体薄膜３１７と半導体薄膜保持部３０３が程よく撓み半導体薄膜３１７に応力集中を生じて割れることがない。
【００９０】
また、半導体薄膜３１７を全面で吸着保持することで剥離後の破損を起こすことがなく、ウエハ搬送にも有効である。さらに、剥離した半導体薄膜３１７を半導体薄膜保持部３２２から外す場合にも排気ポンプの吸引を止め大気開放することで剥離した半導体薄膜３１７に負荷を加えることなく容易に外せるため半導体薄膜３１７に損傷を与えることがない。
【００９１】
つぎに、楔３０４の押圧駆動部を図３を用いて説明する。
【００９２】
本形態では楔３０４を多孔質層３１６の端部に当て楔３０４の押圧と、挿入量を任意に制御することで半導体薄膜３１７を半導体基板３０２から良好に分離することができる。
【００９３】
楔３０４は剥離用ウエハ３２２との位置関係を精密に規定・制御できるように楔固定部３２１に固定される。楔固定部３２１はベアリング３１４を介し筐体３０９に固定され、剥離用ウエハの中心に向けて水平移動が精度良くできる構成になっている。楔３０４の押圧調整はロッドモータＣ３０７のロッド移動で行なわれる。このロッドＣ３１９はショックアブソーバ３２０とロードセル３１０を介して楔固定部３２１に加圧を加え楔３０４の押し圧力として制御する構成である。
【００９４】
ロードセル３１０は楔３０４の押圧、即ちロッドモータＣ３０７の押圧検出に用いられる。
【００９５】
分離層である多孔質層２１６の剥離強度は面内での均一性が望まれるが、工程上、剥離強度のムラが発生しやすい、すなわち、多孔質層を形成したあと半導体薄膜３１７を形成する液相エピタキシャル成長では高温メルト内に浸漬する、また大気圧から水素雰囲気への置換の際に高真空に置かれる。
【００９６】
従って、多孔質膜が工程中に自然剥離が生じないように多孔質層の剥離強度はなるべく強くしておきたい。そのため、多孔質層２１６の一部に剥離強度が大きく剥がれ難い箇所ができることがある。そこで、その箇所で楔挿入が進まず急激に楔加圧量が増加し、薄く脆弱な半導体薄膜３１７を破損させることがないように、ロードセル３１０により楔３０４の加圧量を検出し一定の押圧となるようにコントローラ３１１の制御ソフトによりロッドモータＣ３０７を制御する。
【００９７】
ショックアブソーバ３２０にも同様な機能があり剥離最中に急激に大きな楔押圧が掛かるのを抑え、半導体薄膜３１７を破損から防ぐ。例えばバネ定数１００ｇ／ｍｍ程度のものが使用できる。
【００９８】
楔３０４の多孔質層３１６への挿入量を制御するのがロッドモータ３０８である。ロッドモータ３０８のロッド３１８は、楔固定部３２１の位置を規制し楔３０４の多孔質層３１６への挿入量を制御する機構である。
【００９９】
コントローラ３１１は剥離用ウエハ３２２の定速回転と、それを同期信号とし、楔の挿入量、楔押し圧力をロードセル３１０の検出信号をフィードバックさせ、基準と比較し精密に制御することで薄く脆弱な半導体薄膜３１７を半導体基板３０２より良好に剥離することを可能にする。
【０１００】
尚、本実施形態では機械的な楔を用いた剥離装置を示したが、本発明において利用できる剥離の手段は、固体の楔を利用するものに限らず、多孔質層端部に向けて細く絞った流体（気体や液体）を噴射することによる、いわば流体楔を用いても可能である。
【０１０１】
実施形態７（太陽電池応用）
本形態においては、本発明の半導体薄膜の製造方法を薄膜半導体素子の一つである太陽電池の製造に応用したものを示す。
【０１０２】
図５は本発明の薄膜半導体素子の製造方法の一実施形態を示す工程図である。
【０１０３】
Ｐ＋単結晶シリコン基板４１を陽極化成することで分離層となる多孔質層４２を形成する（図５（ａ））。
【０１０４】
そのあと、水素アニールをして多孔質層４２の表面を滑らかにするとともに、多孔質層４２の構造変化を生じさせ破砕し易くする。その多孔質層４２の上にＰ−シリコン層を気相または液相によりエピタキシャル成長させる（図５（ｂ））。
【０１０５】
そしてｎ＋シリコン層をエピタキシャル成長させるか、又はｎ型ドーパントを打ち込むまたは拡散させてｐｎ接合を有する単結晶シリコン層４３を形成する。この上に導電性ペーストをパターン印刷することで電極４５を形成する。続いて透光性接着剤４６を用いて透光性フィルム４７を接着する。透光性接着剤４６としてはシート状に形成したＥＶＡなどを用いることができる。透光性フィルムとしてはＰＴＦＥなどのフッ素樹脂フィルムを用いることができる（図５（ｃ））。
【０１０６】
その後、本発明の方法でシリコン基板４１を撓ませて吸着固定し、楔４８を多孔質層４２端部に押圧しながら該端部に沿って摺動させることにより、ｐｎ接合を有する単結晶シリコン層４３をシリコン基板４１から剥離する（図５（ｄ），（ｅ））。
【０１０７】
透光性フィルム４７とともに剥離された単結晶シリコン層（ｐｎ接合）４３は、アルミ板など導電性基板５０に導電性接着剤４９により接合され、太陽電池が完成する（図５（ｆ））。この接合前に残留している多孔質層４２を除去しておいてもよい。
【０１０８】
基板４１は、残留する多孔質層４２をエッチングやポリッシングなどにより除去したあと、再度半導体薄膜の成長基板に供される。
【０１０９】
【発明の効果】
以上説明した本発明によれば、多孔質層上に形成した半導体薄膜を楔等により剥離する際に、半導体基板を撓ませて保持しておくことで、多孔質層への楔等の加圧量を低減することができ、その結果、剥離による半導体薄膜の破損が少ない高品質な半導体薄膜を得ることができる。
【０１１０】
また、本発明によれば半導体基板への損傷も抑えることができ、半導体基板の再利用の回数を増やすことができるため、コスト低減も可能となる。さらに、接着プロセスを省くことでプロセスの簡略化、材料費削減ができ、生産性向上と歩留り向上によって、安価で高品質な半導体薄膜、および薄膜半導体素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の半導体薄膜の製造方法の実施形態１〜３を示す概略図である。（ａ）は実施形態１を示す図である。（ｂ）は実施形態２を示す図である。（ｃ）は実施形態３を示す図である。
【図２】本発明の半導体薄膜の製造方法の実施形態４、５を示す概略図である。（ａ）は実施形態４を示す図である。（ｂ）は実施形態５を示す図である。
【図３】本発明の半導体薄膜の製造方法を実施するための楔剥離装置の一実施形態を示す概略構成図である。
【図４】図３に示す楔剥離装置の部分拡大図である。（ａ）は側面図である。（ｂ）は下面の一部を示す図である。
【図５】本発明の薄膜半導体素子の製造方法の一実施形態を示す工程図である。
【符号の説明】
１１、３１７　半導体薄膜
１２、３１６　多孔質層
１３、３０２　半導体基板
１４、３０１　基板保持部
１５、３０４　楔
１６　排気ポンプ
１７　圧縮応力
１８　励磁コイル
１９　直流電源
２０　吸着面
２１、３２２　剥離用ウエハ
２４　磁性板
２５　誘電体
２６　励磁電源
２７　吸着部
２８　圧力計
２９　開閉バルブ
３０　可変バルブ
３１　仕切室
３２　エアシリンダー
３３　シャフト
３０３　半導体薄膜保持部
３０５　回転モータＡ
３０６　バネ
３０７、３０８　ロッドモータ
３０９　筐体
３１０　ロードセル
３１１　コントローラ
３１２、３１３、３１４　ベアリング
３１５　回転シール部
３１８、３１９　ロッド
３２０　ショックアブソーバ
３２１　楔固定部
３２３　ベローズ
３２４　吸着板
３２５　吸着孔
３２６　排気孔
４１　基板
４２　多孔質層
４３　単結晶Ｓｉ層（半導体薄膜）
４４　ｐｎ接合
４５　電極
４６　透光性接着剤
４７　透光性フィルム
４８　楔
４９　導電性接着剤
５０　導電性基板
【図１】
2004128148.tif 000003
【図２】
2004128148.tif 000004
【図３】
2004128148.tif 000005
【図４】
2004128148.tif 000006
【図５】
2004128148.tif 000007